Fizika · Elektr va magnetizm · 7-sinf

Elektr zanjiri, Om qonuni

Choynak va dazmol birga yoqilsa, nega avtomat o‘chib qoladi?

Vaziyat

Kechqurun oshxonada choynak qaynayapti, xonada esa kimdir ko‘ylak dazmollayapti. To‘satdan elektr shitidagi avtomat «chiq» etib o‘chadi va butun xonadon qorong‘i bo‘lib qoladi. Choynakni alohida, dazmolni alohida yoqqanda hech narsa bo‘lmagan edi. Uydagi asboblar tarmoqqa qanday ulangan va tok ular orasida qanday taqsimlanadi?

Mavzu

Elektr zanjiri, Om qonuni. Uy elektr tarmog‘i: ketma-ket va parallel ulash

Asosiy tushunchalar

Om qonuni
Ketma-ket va parallel ulash
Elektr quvvati

Formulalar

I = \frac{U}{R}, R = ρ \frac{l}{S}

Om qonuni: zanjir qismidagi tok kuchlanishga to‘g‘ri, qarshilikka teskari proporsional. Sim qarshiligi uzunlikka to‘g‘ri, kesim yuzasiga teskari proporsional ( $ρ$ — solishtirma qarshilik).

R = R_{1} + R_{2}, I_{1} = I_{2}, U = U_{1} + U_{2}

Ketma-ket ulash: tok bir xil, kuchlanishlar qo‘shiladi.

\frac{1}{R} = \frac{1}{R_{1}} + \frac{1}{R_{2}}, U_{1} = U_{2}, I = I_{1} + I_{2}

Parallel ulash: kuchlanish bir xil, toklar qo‘shiladi. Uydagi barcha rozetkalar parallel.

P = U I = I^{2} R = \frac{U^{2}}{R}

Elektr quvvati. Asbobdagi «100 Vt» — 220 V dagi quvvat: $R = U^{2} / P$ . Avtomat chidaydigan eng katta umumiy quvvat $P_{m a x} = U I_{a v t} = 220 \cdot 16 = 3520$ Vt.

j = \frac{I}{S} = σ E, G = \frac{1}{R}

Tok zichligi va Om qonunining differensial ko‘rinishi ( $σ = 1 / ρ$ — solishtirma o‘tkazuvchanlik). $G$ — elektr o‘tkazuvchanlik, birligi simens (Sm).

Nazariya

Tok va Om qonuni

Tok — zaryadlarning tartibli harakati. Tok bo‘lishi uchun erkin zaryadlar, ularni harakatlantiruvchi elektr maydon (uni tok manbai saqlab turadi) va berk zanjir kerak. Tok issiqlik (choynak, dazmol), yorug‘lik (lampa), magnit (avtomatdagi elektromagnit) va kimyoviy (akkumulyatorni zaryadlash, elektroliz) ta’sirlarini ko‘rsatadi. Kuchlanish zaryadlarni «itaradi», qarshilik esa to‘sqinlik qiladi: $I = U / R$ — tok manbai bo‘lmagan zanjir qismi uchun Om qonuni. Uy tarmog‘ida $U = 220$ V o‘zgarmaydi, shuning uchun qarshiligi kichik asbob katta tok oladi. 2 kVt li choynakning qarshiligi atigi $220^{2} / 2000 \approx 24$ Ω, tok esa ≈ 9,1 A.

Ketma-ket va parallel

Ketma-ket ulanganda tok bitta yo‘ldan o‘tadi: qarshiliklar qo‘shiladi, tarmoq kuchlanishi lampalar orasida bo‘linadi va ular xira yonadi. Parallel ulanganda har bir lampa to‘g‘ridan-to‘g‘ri 220 V ga ulangan: ular bir-biriga bog‘liq emas, toklar esa umumiy simda qo‘shiladi. Uydagi barcha asboblar parallel ulangan — shuning uchun har bir yangi asbob umumiy tokni oshiradi.

Quvvat va yorqinlik

Lampa yorqinligi undagi quvvatga bog‘liq: $P = I^{2} R = U^{2} / R$ . Ikki bir xil lampa ketma-ket ulansa, har biriga 110 V tushadi va quvvat 4 marta kamayadi ( $P \propto U^{2}$ ). Har xil lampalar ketma-ket ulansa, tok bir xil, shuning uchun qarshiligi katta — kam vattli lampa yorqinroq yonadi.

Avtomat va elektr xavfsizligi

Devordagi mis simlar (odatda 2,5 mm²) ma’lum tokka mo‘ljallangan; ortiqcha tok ularni qizdirib, izolyatsiyani eritishi mumkin. Avtomatdagi bimetall plastina tok issiqligidan egilib, o‘ta yuklanishda ma’lum vaqtdan keyin zanjirni uzadi; elektromagnit esa qisqa tutashuvda (≥ 5·16 A) bir zumda uzadi. Xavfsizlik: ho‘l qo‘l bilan rozetka va asboblarga tegmang, shikastlangan simni ishlatmang, ta’mirlashdan oldin avtomatni o‘chiring, saqlagich yoki avtomat o‘rniga sim qo‘ymang. Inson tanasidan o‘tgan bir necha o‘n milliamperli o‘zgaruvchan tok ham hayot uchun xavfli; asbob korpusi yerga ulanadi, differensial himoya (UZO, odatda 30 mA) esa yerga sizayotgan tokni sezib, zanjirni 0,3 s dan kamroq vaqtda uzadi. Model: asboblar oddiy rezistor deb olingan ( $R = U^{2} / P$ ), lampa tolasining qarshiligi ish haroratida (sovuq tola qarshiligi taxminan 10–15 marta kichik), qiymatlar — effektiv (RMS) qiymatlar, bimetall qizishi soddalashtirilgan.

Reostat, potensiometr va VAX (laboratoriya)

Rezistor — ma’lum qarshilikli element, reostat — qarshiligi surgich bilan o‘zgaradigan sim o‘ram. Iste’molchiga ketma-ket ulangan reostat zanjirdagi tokni rostlaydi; uchala qisqichi ulanib, kuchlanish bo‘lgich bo‘lsa — potensiometr: iste’molchidagi kuchlanishni noldan manba kuchlanishigacha o‘zgartiradi. Ampermetr iste’molchi bilan ketma-ket, voltmetr unga parallel ulanadi; qarshilik $R = U / I$ dan topiladi (ampermetr–voltmetr usuli). Bir necha nuqtada o‘lchangan $I (U)$ — volt-amper xarakteristikasi (VAX): rezistor uchun koordinata boshidan o‘tuvchi to‘g‘ri chiziq (Om qonuni, og‘maligi $1 / R$ ), lampochka uchun egri chiziq. Qarshilik birligi — om: 1 Ω = 1 V / 1 A; 1 kΩ = 10³ Ω, 1 MΩ = 10⁶ Ω. Teskari kattalik — elektr o‘tkazuvchanlik $G = 1 / R$ , birligi simens: 1 Sm = 1/Ω.

Tok zichligi va differensial Om qonuni

Tok zichligi $j = I / S$ — kesimning har kvadrat millimetridan o‘tadigan tok: 16 A da 2,5 mm² li mis simda $j = 6,4$ A/mm² («O‘lchovlar»da kuzating). Sim qarshiligi $R = ρ l / S$ ; metallarda solishtirma qarshilik harorat bilan ortadi, $ρ \approx ρ_{0} (1 + α Δ t)$ — shuning uchun qizigan lampa tolasining qarshiligi sovuqnikidan taxminan 10–15 marta katta (laboratoriyadagi lampochka VAX i). $U = E l$ va $I = j S$ ni Om qonuniga qo‘ysak, differensial Om qonuni $\vec{j} = σ \vec{E}$ chiqadi — u o‘tkazgichning har bir nuqtasida bajariladi. Zaryad saqlanishi uzluksizlik tenglamasi $\partial ρ_{q} / \partial t + \nabla \cdot \vec{j} = 0$ bilan yoziladi: o‘zgarmas tokda zaryad hech qayerda to‘planmaydi, shuning uchun ketma-ket zanjirning har bir kesimidan bir xil tok o‘tadi, tugunda esa kiruvchi toklar yig‘indisi chiquvchilarnikiga teng (Kirxgof qoidalari — «Sxemalar va Kirxgof qoidalari» tajribasida, metallardagi elektronlar harakati — «Metallarda elektr toki» tajribasida).

Bilasizmi?

O‘zbekistonda uy elektr tarmog‘ining kuchlanishi 220 V, chastotasi 50 Hz: tok yo‘nalishi bir soniyada 100 marta o‘zgaradi.
Om qonunini nemis fizigi Georg Simon Om 1827-yilda «Galvanik zanjirning matematik tadqiqi» kitobida e’lon qilgan.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Elektrlanish, Kulon qonuni — 7-sinf
O‘tkazgich, dielektrik, chaqmoq — 7-sinf
Tok manbalari, EYuK, ichki r — 7-sinf
Elektr tokining ishi va quvvati — 8-sinf
Elektr dvigatel — 8-sinf
Qutb yog‘dusi va Lorens kuchi — 8-sinf
Elektr maydon va potensial — 8-sinf
Kondensator va elektr sig‘imi — 8-sinf
Sxemalar va Kirxgof qoidalari — 8-sinf
Metallarda elektr toki — 8-sinf