Тұрақты ток. Тұрақты ток тізбектері

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 68 бет
Таңдаулыға:

І бөлім. Тұрақты ток. Тұрақты ток тізбектері.

1. 1 ТҰРАҚТЫ ТОК ЭЛЕКТР ТІЗБЕГІ

Қарапайым электр тізбегі (1-сурет) электр энергиясының көзінен Е, энергия тұтынушыдан Т және энергия көзі мен тұтынушыны байланыс тыратын екі өткізгіш жалғастырушы сымдардан С1 және С2 тұрады. Жалғастырушы өткізгіш сымдар электр энергиясының көзіне оң (+) және теріс (-) полюстер деп аталынатын екі қысқыштар арқылы қосылады.

Электр энергиясының көзі механикалық, химиялық, жылулық тағы баска энергия түрлерін электр энергиясына түрлендіреді. Тұтынушыда электр энергиясы басқа энергия түрлеріне-механикалық, жылулық, химиялық, жарық т. б. айналады. Электр энергиясының көзіне генераторлар қандай да болмасын механикалық қозғалтқыштармен қозғалысқа келетін электр машиналары, аккумуляторлар және гальваникалық элементтер (бұлардың шартты белгілері 2-сүретті көрсетілген) жатады. Электр тұтынушылары ретінде жарықтандырғыш шамдар, электр қозғалтқыштары, электрқыздырғыш аспаптар т. б. пайдаланылады.

Гальваникалық элементтерде, аккумуляторларда бірінші жағдайда гальваникалық элементтер батареяларын, екінші жағдайда аккумулятор батареяларын құру үшін бір-бірімен жалғастырылады. Электр энергиясының көзі оған өткізгіш сымдар арқылы қосылған энергия тұтынушымен бірге тұйықталған электр тізбегін құрады. Тұйықталған электр тізбегінде үздіксіз зарядтар қозғалысы пайда болады, оны электр тоғы деп атайды.

Металл өткізгіштеріндегі тұрақты ток еркін электрондардың тұйық тізбек арқылы қалыптасып бағытталған қозғалысы болып табылады. Схемаларда ток пен кернеудің оң бағыттарын плюстен минуске қарай бағдарланған нұсқамалар арқылы шартты түрде белгілеу қабылданган.

Бір-бірінен белгілі қашықтықта орналасқан екі өткізгіштердегі ток осы өткізгіштерге әсер ететін механикалық күш туғызады. Ток өлшемінің бірлігі ампер (А) болады. Халықаралық бірліктер жүйесінде (СИ) ампер-өзгермейтін ток, ол ұзындығы шексіз, өте болмашы дөңгелек қималы қатар түзу сызық бойымен вакуумде бір-бірінен 1м қашықтықта орналасқан екі өткізгіштерден өткенкезде, осы өткізгіштер арасында әрбір метр ұзындығына шаққанда 2. 10 ^-7 Н (Ньютон) күш тудырады.

Халықаралық бірліктер жүйесінде күш бірлігі-ньютон (Н) болады.

Элеткр тоғы өткізгіштің кесе-көлденең қимасы арқылы белгілі уақыт бірлігінде өткен (кулонмен өлшенетін) электр мөлшерің анықтайды.

Егер өткізгіштен 1А ток өтсе, онда осы өткізгіштің көлденең қимасы арқылы 1 с ішінде 1 Кл электр мөлшері өтеді.

Л1

+ - + -

+

Е П а) б) в)

-

2-сурет. Шартты белгілері:

а-тұрақты ток генераторы,

Л2 б-аккумуляторлар және гальваникалық

элементтер,

1-сурет в-аккумуляторлар мен гальваникалық элементтердің батареялары

Қарапайым электр тізбегі

Жалғастырғыш өткізгіш сымдар мен энергия тұтынушы сыртқы электр тізбегін құрады. Бұл тізбекте ток энергия көзінің қысқыштары арасындағы потенциалдар айырымының әсерінен пайда болады және ол потенциалы жоғарырақ нүктеден(оң қысқыш) потенциалы төмендеу нүктеге(теріс қысқыш) қарай бағытталған. Потенциалдар айырымы сияқты потенциал да вольтпен (В) көрсетіледі.

1. 2. ЭЛЕКТР ҚОЗҒАУШЫ КҮШ (ЭҚК)

Тұйықталған тізбектегі электр тоғы энергия көзінің электр қозғаушы күші әсерінен ағады. Тізбекте ток жоқ болған жағдайда да яғни тізбек ажыратылған кезде де энергия көзіңде электр қозғаушы күші пайда болады. Тізбекте ток жоқ болган жагдайда да ЭҚҚ энергия көзінің қысқыштарындағы потенциалдар айырымына тең. Потенциалдар айырымы сияқты, ЭҚҚ вольтпен (В) көрсетіледі.

Тұйықталған электр тізбегінде де, ажыратылған тізбетке де ЭҚҚ энергия көзінің қысқыштарындағы понциалдар айырымын үзбей ұстап тұрады. Тұйықталған тізбекте ток үздіксіз ағуы үшін энергия көзі ішіндегі зарядтар қозғалысы электр өрісі күшінің әсеріне қарама-қарсы бағытталған болуы керек. Зарядтардың мұндай қозғалысы сырттан берілген күштердің әсерінен болады.

ЭҚҚ бар екендігіне көз жеткізу үшін энергмя көзінің полюстеріне жалғастырушы өткізгіш сымдар орнына вольтметр деп аталатын аспапты қоссы болғаны. Ол кезде вольтметр нұсқама тілі (стрелкасы) белгілі бір бұрышқа ауытқиды.

Энергия көзінің ЭҚҚ көп болған сайын вольтметр нұсқама тілінің ауытқуы да солғұрлым көп болады.

Бірақ вольтметр төменде көрсетілетіндей, ЭҚҚ көрсетпейді, ол ток көзінің қысқыштарындағы кернеуді көрсетеді. Кеунеу ЭҚҚ сияқты вольтпен (В), киловольтпен (кВ), милливольтпен (мВ) өлшенеді.

1. 3. ЭЛЕКТР КЕДЕРГІСІ

Кез келген өткізгіштегі электр зарядтарының бағытталған қозғалысына оның молекулалары мен атомдары бөгет жасайды. Сондықтан тоқтың өтуіне сыртқы тізбекте, энергия көзінің өзі де кедергілер туғызады. Электр тізбегінің электр кедергісі (қысқаша кедергі ) деп атайды.

Тұйыкталган электр тізбегіне қосылған электр энергиясының козі электр энергиясын сыртқы және ішкі тізбектер кедергілерін жеңу үшін жұмсайды.

Электр кедергісі R(r) әрпімен белгіленеді. Схемаларда кедергілер 3а-суретте көрсетілгендей бейнеленеді. Электр тізбегіне қосылатың және кедергілері бар құрылғыларды резисторлар деп атайды.

Кедергінің өлшеп бірлігі ом болады. Өткізгіш сымында тұракты потенциал айырымы 1В болған кезде одан 1А тоқ өтсе, онда өтқізгіш сымның электр кедергісі 1 Ом болады, яғни 1Ом=1В/1А. Үлкен кедергілерді өлшеу ушін омнан мың және миллион есе көп бірліктер қолданылады. Олар кило ом (кОм) және мегаом (МОм) деп аталады; 1 кОм =1000 ом; 1 МОм=1 Ом.

Өткізгіштердің электр тоғына көрсететін кедергісі олар жасалынған материалға сонымен қоса оның ұзындығы мен көлденең қимасының ауданына байланысты болады. Егер бір материалдан жасалынған екі өткізгішті салыстырсақ, онда көлденең кима аудандары тең болган жағдайда, ұзындау өткізгіштің кедергісі үлкен болады, ал ұзындығы бірдей өткізгіштердің қайсысының көлденең қима ауданы үлкен болса, оның кедергісі аз болады.

Өткізгіш материалдың электрлік қасиеттерін бағалауға меншікті кедергі (р) қолданылады.

Меншікті кедергі - ұзындығы 1 м, көлденең қима ауданы 1мм ² өткізгіш сымның кедегісі. Егер меншікті кедергісі p материалынан жасалған өткізгіштің ұзындыгы l метр, көлденең қима ауданы S мм ² болса, онда баолық өткізгіш кедергісі R=p/Sl

Өткізгіш кедергісі температуға тәуелді болады және металл өткізгіштердің кедергісі арта түседі.

Әр металл үшін кедергінің температуралық коэфиценті а деп анықталған, ол өткізгіш температурасын 1ºС-қа өзгерткен кезде оның бастапқы кедергісінің 1 Ом-ға шаққандағы өсімін анықталады. Әр түрлі Т ₂ және Т ₁ температуралы R ₂ және R ₁ кедергілердің ара қатынасы былайша анықталады.

R ₂ = R ₁ {1+α (T ₂ - T ₁ ) }

Бұл ара қатынас температура 100 ºС төмен болғанда ғана орнында алатынын ескеру қажет.

R 3-cурет. Шартты белгілері:

а - резистор (кедергі)

а) б- реостат

R

б)

Реттелген кедергілерді реостаттау деп аталады. Реостаттар үлкен меншікті кедергілері бар сымларлын, мысалы, нихромнан жасалынады. Реостаттар кедергісі біркелкі немесе сатылап өзгерілуі мүмкін. Схемеларда реостатар 3, б- суретте көрсетілгендей шартты белгілермен бейнеленеді.

Өткізгіштердің электр тогы өткізу қабілеттілігі өткізгіштілікпен g сипатталады, оның мәні кедергіге кері пропорционал. Өткізгіштіліктің бірлік өлшемі - сименс (1/Ом, Ом ^-1 ) .

Сонымен, кедергі мен өткізгіштілік арасындағы қатынас мынадай :

g=1/R және R= 1/g

Өткізгіш материалының меншікті кедергісіне кері шама меншіктікті өткізгіштілік деп аталады да оны γ әрпімен белгілейді.

Сонымен, заттың меншікті кедергісіне кері шама меншікті өткізгіштілік арасында мынадай қатынастар болады:

γ = 1/р және p= 1/γ

1. 4. ОМ ЗАҢЫ

Тұйықталған тізбектегі ЭҚҚ, кедергі және арасындағы байланысты Ом заңымен өрнектеуге болады. Ом заңы былайша тұжырымдауға болады: тұйықталған тізбектегі ток электрқозғаушы күшіне тура пропорцоинал және барлық тізбектің кедергісіне кері пропорционал.

Тізбектегі ток ЭҚҚ әрекетінен пайда болатын энергия көзінің ЭҚҚ көп болған сайын, тұйықталған тізбектегі ток та көп болады. Тізбек кедергісі ток өтуіне бөгет жасайды, сондықтан тізбек кедергісі өскен сайын ток мөлщері азаяды.

Ом заңын мынадай формуламен өрнектеуге болады:

I = E/(R+R ₀ ) немесе E=I (R+R ₀ )

Мұндағы R - тізбектің сыртқы бөлігінін кедергісі; R ₀ - энергия көзінің ішкі кедергісі.

Келтірілген формулаларда ток ампермен, ЭҚҚ вольтпен, келергі оммен көрсетілген.

Мөлшері аз токтарда көрсету үшін ампер орнына одан мың есе аз миллиампер (мА) деп аталатын өлшем бірлігін қолданады; 1А = 1000мА.

Барлық тізбектің кедергісі: R+R ₀ = E/I.

Ом заңы барлық электр ғана емес, оның кез келген R

бөлігіне де тура келеді. Егер тізбек учаскесінде

энергия көзі жоқ болса, онда бұл бөлікте оң зарядтар

потенциалы жоғарылау нүктеден потенциалы 4- cурет.

төмендеу нүктелерге ауысуы. Энергия көзі осы Амперметр мен волть-

учаскесінің басы мен соңы аралығындағы метрді қосу схемасы.

потенциалдар айырымын ұстап тұрады да оған

белгілі мөлшердегі энергия жұмсайды. Осы потенциалдар айырымын қаралған учаскенің басы мен соңы аралығының кернеуі деп аталады.

Сонымен, Ом заңын тізбектің учаскесіне қолдана отырып алатынымыз: I= U/R

Ом заның былайша тұжырымдауға болады: Электр тізбегі учаскесіндегі ток, учаске ұштарындағы кернеуді оның кедергісіне бөлгенге тең болады.

Тізбек учаскесіндегі кернеу ток пен осы учаске кедергісінің көбейтіндісіне тең, яғни U=R* I

Ом заңы формуласына тұйықталған тізбек үшін алаиынымыз:

E=IR+IR ₀ = U+IR ₀

Мұндағы IR - кернеудің R кедергісінде кемуі, яғни сыртқы тізбекке түскен кернеу немесе энергия көзіне (генератордың) қысқыштарындағы кернеу U; IR ₀ - кернеудің R ₀ -кедергісінде кемуі, яғни энергия көзінің (генератордың) ішіне түскен кернеу.

Тізбектегі токты өлшеу үшін амперметр (миллиамперметр) деп аталатын аспап қолданылады. Кернеу, жоғарыда айтылғандай, волтьметрмен өлшенеді. Амперметрді қосу үшін ток тізбегі ажыратылады, ажыратылған сымдардың екі ұшын амперметрдің қысқыштарының қосады (4-сурет) . Сонда аспап арқылы барлық өлшенетін ток жүреді. Волтьметр берілген учаскіге тіскен кернеуді көрсетіді. Егер волтьметрді сыртқы тізбектің бас жағына - энергия көзінің полюстеріне қоссақ, онда ол барлық сыртқы тізбекке түскен кернеуді көрсетеді. Бұл әрі энергия көзінің қысқыштарындағы кернеу болып табылады.

Сыртқы тізбектің кедергісі азайған кезде энергия көзінің қысқыштарын дағы кернеу де азаяды. Энергия көзінің қысқыштары кедергісі 0-ге жақын өткізгіш сымдарымен қосса, онда тізбектегі ток I= E/R ₀ . Бұл формула қаралып отырған энергия көзі тізбегіндегі ең үлкен ток мөлшерін анықтайды. Сыртқы тізбек кедергсінің із жүзінде 0-ге тең болғандығы жұмыс тәртібін қысқа тұйықталу деп атайды.

Оқшаулағыш жамылғысы түсіп қалған металл (әдетте мыс) сымдары өзара түйіскенде өте аз кедергі тудырады. Оны тұтынушы кедергісімен салыстырғанда 0- ге жақын деп қарауға болады.

Электр аппараты қысқа тұйықтау тогынан қорғау үшін әртүрлі сақтандырғыш құрылғылары қолданады.

1. 5. РЕЗИСТОРЛАРДЫ ТІЗБЕКТЕП ҚОСУ.

Электр тізбегінде әртүрлі кедергісі бар бірнеші энергия тұтынушылар болуы мүмкін.

Генератордың сыртқы тізбегі(5- сурет) . R ₁ R ₂ R ₃ -кедергілері бар үш энергия тұтынушыларына тұрсын дейік. Әрбір тұтынушының тұйықталған бір электр тізбегіне бірінен соң бірі тізіп жалғауды тізбектеп қосу деп аталады. Мұндай тізбекте барлық тұтынушыларда бірдей ток өтетіне көз жеткізу қиын емес. Ал сыртқы тізбектің кедергісі тұтынушылар кедергісінің қосындысына тең болады. Біздің жағдайда Ом заңы формуласы мынадай түрде болады:

I= E/(R ₀ + R ₁ +R ₂ +R ₃ )

Тізбектеп қосылған тұтынушылардан тұратын I