مقاومت کل طبق قانون اهم. قانون اهم به زبان ساده

در سال 1826 دانشمند آلمانی گئورگ اهم کشفی کرد و شرح داد
یک قانون تجربی در مورد رابطه بین شاخص هایی مانند قدرت جریان، ولتاژ و ویژگی های هادی در مدار. پس از آن، پس از نام دانشمند، شروع به نامگذاری قانون اهم شد.

بعدها مشخص شد که این ویژگی ها چیزی نیست جز مقاومت هادی که در هنگام تماس آن با الکتریسیته ایجاد می شود. این مقاومت خارجی (R) است. همچنین یک مقاومت داخلی (r) مشخصه منبع جریان وجود دارد.

قانون اهم برای بخش مدار

طبق قانون تعمیم یافته اهم برای بخش خاصی از مدار، شدت جریان در یک بخش از مدار با ولتاژ انتهای بخش نسبت مستقیم و با مقاومت نسبت عکس دارد.

جایی که U ولتاژ انتهای بخش، I قدرت جریان، R مقاومت هادی است.

با در نظر گرفتن فرمول فوق، می توان مقادیر مجهول U و R را با انجام عملیات ساده ریاضی یافت.

فرمول های فوق فقط زمانی معتبر هستند که شبکه فقط مقاومت را تجربه کند.

قانون اهم برای مدار بسته

قدرت جریان مدار کامل برابر است با EMF تقسیم بر مجموع مقاومت های بخش های همگن و ناهمگن مدار.

یک شبکه بسته دارای مقاومت داخلی و خارجی است. بنابراین، فرمول های رابطه متفاوت خواهد بود.

در جایی که E نیروی الکتروموتور (EMF)، R مقاومت خارجی منبع، r مقاومت داخلی منبع است.

قانون اهم برای بخش غیر یکنواخت مدار

یک شبکه الکتریکی بسته شامل بخش هایی با ماهیت خطی و غیرخطی است. مقاطعی که منبع جریان ندارند و به تأثیرات خارجی وابسته نیستند خطی هستند و مقاطعی حاوی منبع غیرخطی هستند.

قانون اهم برای بخشی از یک شبکه با ماهیت همگن در بالا بیان شد. قانون بخش غیر خطی به شکل زیر خواهد بود:

I = U/ R = f1 – f2 + E/ R

جایی که f1 – f2 اختلاف پتانسیل در نقاط انتهایی بخش شبکه در نظر گرفته شده است

R - مقاومت کل بخش غیر خطی مدار

emf یک مقطع غیر خطی مدار می تواند بزرگتر از صفر یا کمتر باشد. اگر جهت حرکت جریانی که از منبع می آید با حرکت جریان در شبکه الکتریکی منطبق باشد، حرکت بارهای مثبت غالب شده و EMF مثبت خواهد بود. اگر جهت ها منطبق باشند، حرکت بارهای منفی ایجاد شده توسط EMF در شبکه افزایش می یابد.

قانون اهم برای جریان متناوب

در صورت وجود خازن یا اینرسی در شبکه، باید در محاسبات در نظر گرفت که مقاومت خود را تولید می کنند که از آن جریان متغیر می شود.

قانون اهم برای جریان متناوب به صورت زیر است:

که در آن Z مقاومت در تمام طول شبکه الکتریکی است. به آن امپدانس نیز می گویند. امپدانس از مقاومت فعال و واکنشی تشکیل شده است.

قانون اهم یک قانون اساسی علمی نیست، بلکه فقط یک رابطه تجربی است و در برخی شرایط ممکن است رعایت نشود:

• هنگامی که شبکه فرکانس بالایی دارد، میدان الکترومغناطیسی با سرعت بالایی تغییر می کند و اینرسی حامل های بار باید در محاسبات در نظر گرفته شود.
• در شرایط دمای پایین با موادی که دارای ابررسانایی هستند.
• هنگامی که هادی توسط ولتاژ عبوری به شدت گرم می شود، نسبت جریان به ولتاژ متغیر می شود و ممکن است با قانون کلی مطابقت نداشته باشد.
• هنگامی که یک هادی یا دی الکتریک تحت ولتاژ بالا است.
• در لامپ های LED؛
• در نیمه هادی ها و دستگاه های نیمه هادی.

به نوبه خود، عناصر و هادی هایی که با قانون اهم مطابقت دارند، اهمی نامیده می شوند.

قانون اهم می تواند توضیحی برای برخی از پدیده های طبیعی ارائه دهد. به عنوان مثال، وقتی پرندگانی را می بینیم که روی سیم های فشار قوی نشسته اند، یک سوال برای ما پیش می آید - چرا جریان الکتریکی بر آنها تأثیر نمی گذارد؟ این کاملاً ساده توضیح داده شده است. پرندگان که روی سیم ها نشسته اند نوعی هادی هستند. بیشتر ولتاژ روی شکاف بین پرنده ها می افتد و بخشی که روی خود "رساناها" می افتد برای آنها خطری ایجاد نمی کند.

اما این قانون فقط با یک تماس کار می کند. اگر پرنده ای با منقار یا بال خود سیم یا تیر تلگراف را لمس کند، ناگزیر از ولتاژ بسیار زیاد این نواحی می میرد. چنین مواردی در همه جا اتفاق می افتد. از این رو به دلایل ایمنی در برخی از شهرک ها دستگاه های خاصی برای محافظت از پرندگان در برابر ولتاژ خطرناک تعبیه شده است. پرندگان در چنین سکوهایی کاملاً ایمن هستند.

قانون اهم نیز در عمل بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. الکتریسیته فقط با دست زدن به یک سیم خالی برای انسان کشنده است. اما در برخی موارد، مقاومت بدن انسان ممکن است متفاوت باشد.

به عنوان مثال، پوست خشک و دست نخورده نسبت به زخم یا پوستی که با عرق پوشیده شده است، مقاومت بیشتری در برابر اثرات الکتریسیته دارد. به دلیل کار زیاد، فشار عصبی و مسمومیت حتی با یک ولتاژ کم، فرد می تواند شوک الکتریکی شدیدی دریافت کند.

به طور متوسط ​​مقاومت بدن انسان 700 اهم است که به این معنی است که ولتاژ 35 ولت برای انسان بی خطر است.هنگام کار با ولتاژهای بالا متخصصان از آن استفاده می کنند.

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

نوشته شده در http://www.allbest.ru/

وزارت آموزش و پرورش جمهوری بلاروس

گروه علوم طبیعی

انشا

قانون اهم

تکمیل شد:

ایوانوف M. A.

معرفی

1. نمای کلی قانون اهم

2. تاریخچه کشف قانون اهم، بیوگرافی مختصری از دانشمند

3. انواع قوانین اهم

4. اولین مطالعات مقاومت هادی

5. اندازه گیری های الکتریکی

نتیجه

ادبیات، سایر منابع اطلاعاتی

معرفی

پدیده های مربوط به الکتریسیته در چین باستان، هند و یونان باستان چندین قرن قبل از آغاز عصر ما مورد توجه قرار گرفت. در حدود 600 سال قبل از میلاد، همانطور که افسانه های حفظ شده می گویند، تالس از میلتوس فیلسوف یونان باستان، خاصیت کهربا را که بر پشم مالیده می شود برای جذب اجسام سبک می دانست. به هر حال، یونانیان باستان از کلمه "الکترون" برای نامیدن کهربا استفاده می کردند. کلمه "برق" نیز از او آمده است. اما یونانی ها فقط پدیده های الکتریسیته را مشاهده کردند، اما نتوانستند آن را توضیح دهند.

قرن 19 مملو از اکتشافات مربوط به برق بود. یک کشف منجر به زنجیره کامل اکتشافات طی چندین دهه شد. برق شروع به تبدیل شدن از موضوع تحقیق به کالای مصرفی کرد. معرفی گسترده آن در زمینه های مختلف تولید آغاز شد. موتورهای الکتریکی، ژنراتورها، تلفن، تلگراف و رادیو اختراع و ساخته شدند. ورود برق به پزشکی آغاز می شود.

ولتاژ، جریان و مقاومت کمیت های فیزیکی هستند که پدیده های رخ داده در مدارهای الکتریکی را مشخص می کنند. این مقادیر به یکدیگر مرتبط هستند. این ارتباط اولین بار توسط فیزیکدان آلمانی 0m مورد مطالعه قرار گرفت. قانون اهم در سال 1826 کشف شد.

1. نمای کلی قانون اهم

قانون اهم به این صورت است:شدت جریان در یک بخش از مدار مستقیماً با ولتاژ این بخش (برای یک مقاومت معین) و با مقاومت بخش (برای یک ولتاژ معین) نسبت معکوس دارد: I = U / R، از فرمول آن از آنجایی که مقاومت یک هادی معین به ولتاژ یا جریان بستگی ندارد، آخرین فرمول باید به صورت زیر خوانده شود: مقاومت یک هادی معین برابر است با نسبت ولتاژ در انتهای آن به شدت جریانی که از آن می گذرد. در مدارهای الکتریکی، اغلب هادی ها (مصرف کنندگان انرژی الکتریکی) به صورت سری (به عنوان مثال، لامپ ها در گلدسته های درخت کریسمس) و به صورت موازی (به عنوان مثال، لوازم الکتریکی خانگی) متصل می شوند.

با اتصال سری، قدرت جریان در هر دو هادی (لامپ) یکسان است: I = I1 = I2، ولتاژ در انتهای بخش مدار مورد نظر، مجموع ولتاژ لامپ اول و دوم است: U = U1 + U2. مقاومت کل مقطع برابر است با مجموع مقاومت های لامپ R = R1 + R2.

هنگامی که مقاومت ها به صورت موازی متصل می شوند، ولتاژ در بخش مدار و در انتهای مقاومت ها یکسان است: U = U1 = U2. جریان در قسمت بدون انشعاب مدار برابر است با مجموع جریان های موجود در مقاومت های منفرد: I = I1 + I2. مقاومت کل مقطع کمتر از مقاومت هر مقاومت است.

اگر مقاومت مقاومت ها یکسان باشد (R1 = R2)، مقاومت کل مقطع. اگر سه یا چند مقاومت به صورت موازی در مدار وصل شوند، مقاومت کل می تواند -

با فرمول یافت می شود: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/RN. به طور موازی، مصرف کننده های شبکه متصل می شوند که برای ولتاژی برابر با ولتاژ شبکه طراحی شده اند.

بنابراین، قانون اهم رابطه بین قدرت جریان را ایجاد می کند مندر هادی و اختلاف پتانسیل (ولتاژ) Uبین دو نقطه (بخش) ثابت این هادی:

عامل تناسب آربسته به خواص هندسی و الکتریکی هادی و دما، مقاومت اهمی یا به سادگی مقاومت یک بخش معین از هادی نامیده می شود.

2. تاریخچه کشف قانون اهم، بیوگرافی مختصری از دانشمند

گئورگ سیمون اهم در 16 مارس 1787 در ارلانگن در خانواده یک مکانیک ارثی به دنیا آمد. پس از فارغ التحصیلی از مدرسه، گئورگ وارد سالن ورزشی شهر شد. زورخانه ارلانگن تحت نظارت دانشگاه بود. کلاس های جمنازیوم توسط چهار استاد تدریس می شد. گئورگ پس از فارغ التحصیلی از دبیرستان، در بهار 1805 شروع به تحصیل در ریاضیات، فیزیک و فلسفه در دانشکده فلسفه دانشگاه ارلانگن کرد.

او پس از سه ترم تحصیل، دعوت نامه ای را پذیرفت تا جای معلم ریاضی را در مدرسه ای خصوصی در شهر گوتشتات سوئیس بگیرد.

در سال 1811 او به ارلانگن بازگشت، از دانشگاه فارغ التحصیل شد و دکترا گرفت. بلافاصله پس از فارغ التحصیلی از دانشگاه، سمت استادیار خصوصی در گروه ریاضی همان دانشگاه به وی پیشنهاد شد.

در سال 1812 اهم به عنوان معلم ریاضیات و فیزیک در مدرسه ای در بامبرگ منصوب شد. در سال 1817، او اولین اثر چاپی خود را در مورد روش های تدریس، "بهینه ترین گزینه برای آموزش هندسه در کلاس های آمادگی" منتشر کرد. اوم شروع به تحقیق در مورد برق کرد. اهم ابزار اندازه گیری الکتریکی خود را بر اساس طراحی ترازوی پیچشی کولن پایه گذاری کرد. اهم نتایج تحقیقات خود را در قالب مقاله ای با عنوان "گزارش اولیه در مورد قانون که بر اساس آن فلزات برق تماسی را هدایت می کنند" ارائه کرد. این مقاله در سال 1825 در مجله فیزیک و شیمی منتشر شده توسط شوایگر منتشر شد. اما بیانی که اهم پیدا و منتشر کرد نادرست بود که یکی از دلایل عدم شناسایی طولانی مدت آن بود. اوم با انجام تمام اقدامات احتیاطی و حذف همه منابع احتمالی خطا از قبل، اندازه گیری های جدیدی را آغاز کرد.

مقاله معروف او "تعریف قانونی که طبق آن فلزات الکتریسیته تماسی را هدایت می کنند، همراه با طرح کلی نظریه دستگاه ولتایی و ضرب کننده شوایگر" که در سال 1826 در مجله فیزیک و شیمی منتشر شد، ظاهر شد.

در ماه مه 1827، "مطالعات نظری مدارهای الکتریکی" حجم 245 صفحه، که حاوی استدلال نظری اکنون اهم در مورد مدارهای الکتریکی بود. در این کار، دانشمند پیشنهاد کرد که خواص الکتریکی یک رسانا را با مقاومت آن مشخص کند و این اصطلاح را به استفاده علمی معرفی کرد. اهم فرمول ساده تری برای قانون بخشی از مدار الکتریکی که حاوی EMF نیست پیدا کرد: «میزان جریان در مدار گالوانیکی با مجموع تمام ولتاژها نسبت مستقیم و با مجموع طول های کاهش یافته نسبت معکوس دارد. در این مورد، کل طول کاهش یافته به عنوان مجموع تمام طول های کاهش یافته فردی برای مقاطع همگن با رسانایی متفاوت و سطح مقطع متفاوت تعریف می شود.

در سال 1829، مقاله او "مطالعه تجربی عملکرد یک ضرب کننده الکترومغناطیسی" ظاهر شد که در آن پایه های تئوری ابزارهای اندازه گیری الکتریکی گذاشته شد. در اینجا اهم یک واحد مقاومت را پیشنهاد کرد که برای آن مقاومت یک سیم مسی به طول 1 فوت و با مقطع 1 خط مربع را انتخاب کرد.

در سال 1830، مطالعه جدید اهم، "تلاش برای ایجاد یک نظریه تقریبی رسانایی تک قطبی" ظاهر شد. در سال 1841 بود که آثار اهم به انگلیسی، در سال 1847 به ایتالیایی و در سال 1860 به فرانسوی ترجمه شد.

در 16 فوریه 1833، هفت سال پس از انتشار مقاله ای که کشف او در آن منتشر شد، به اهم سمتی به عنوان استاد فیزیک در دانشکده پلی تکنیک جدید نورنبرگ پیشنهاد شد. این دانشمند تحقیقات خود را در زمینه آکوستیک آغاز می کند. اهم نتایج تحقیقات آکوستیک خود را در قالب یک قانون تدوین کرد که بعدها به قانون آکوستیک اهم معروف شد.

فیزیکدانان روسی لنز و ژاکوبی اولین کسانی بودند که قانون اهم را در میان دانشمندان خارجی به رسمیت شناختند. آنها همچنین به شناسایی بین المللی او کمک کردند. با مشارکت فیزیکدانان روسی، در 5 می 1842، انجمن سلطنتی لندن به اهم مدال طلا اعطا کرد و او را به عضویت خود انتخاب کرد.

در سال 1845 او به عنوان عضو اصلی آکادمی علوم باواریا انتخاب شد. در سال 1849، این دانشمند به دانشگاه مونیخ به سمت استادی فوق العاده دعوت شد. وی در همان سال به عنوان متولی مجموعه دولتی ابزارهای فیزیکی و ریاضی منصوب شد و همزمان به ایراد سخنرانی در زمینه فیزیک و ریاضیات پرداخت. در سال 1852، اهم مقام استاد تمام را دریافت کرد. اهم در 6 ژوئیه 1854 درگذشت. در سال 1881، در کنگره مهندسی برق در پاریس، دانشمندان به اتفاق آرا نام واحد مقاومت - 1 اهم را تایید کردند.

3. انواع قوانین اهم

چندین نوع قانون اهم وجود دارد.

قانون اهم برای بخش همگن یک زنجیره (بدون منبع جریان): جریان در هادی با ولتاژ اعمال شده نسبت مستقیم و با مقاومت هادی نسبت معکوس دارد:

قانون اهم برای یک مدار کامل - قدرت جریان در مدار متناسب با EMF است که در مدار عمل می کند و با مجموع مقاومت مدار و مقاومت داخلی منبع نسبت معکوس دارد.

جایی که من قدرت فعلی هستم

E - نیروی الکتروموتور

R مقاومت خارجی مدار است (یعنی مقاومت آن

بخشی از مدار که خارج از منبع emf قرار دارد)

EMF کار نیروهای خارجی (یعنی نیروهای با منشاء غیر الکتریکی) برای حرکت یک بار در مدار است که مربوط به بزرگی این بار است.

واحدها:

EMF - ولت

جریان - آمپر

مقاومت ها (R و r) - اهم

با اعمال قانون اساسی مدار الکتریکی (قانون اهم) می توان بسیاری از پدیده های طبیعی را که در نگاه اول مرموز و متناقض به نظر می رسد توضیح داد. به عنوان مثال، همه می دانند که هرگونه تماس انسان با سیم های برق زنده کشنده است. تنها یک لمس یک سیم فشار قوی شکسته می تواند یک فرد یا حیوان را دچار برق گرفتگی کند. اما در عین حال، دائماً پرندگانی را می بینیم که با آرامش روی خطوط برق فشار قوی نشسته اند و هیچ چیز زندگی این موجودات زنده را تهدید نمی کند. پس چگونه می توانیم توضیحی برای چنین پارادوکسی پیدا کنیم؟

و این پدیده را می توان به سادگی توضیح داد اگر تصور کنیم که یک پرنده روی سیم برق یکی از بخش های شبکه الکتریکی است، مقاومت دوم به طور قابل توجهی از مقاومت بخش دیگری از همان مدار (یعنی یک قطعه کوچک) فراتر می رود. فاصله بین پاهای پرنده). در نتیجه، جریان الکتریکی وارد بر بخش اول مدار، یعنی روی بدن پرنده، برای آن کاملا بی خطر خواهد بود. با این حال، ایمنی کامل تنها زمانی تضمین می شود که با قسمتی از سیم ولتاژ بالا تماس پیدا کند. اما اگر پرنده ای که روی سیم برق مستقر شده با بال یا منقار خود به سیم یا هر شیء نزدیک به سیم (مثلاً تیر تلگراف) برخورد کند، ناگزیر پرنده خواهد مرد. از این گذشته ، قطب مستقیماً به زمین متصل است و جریان بارهای الکتریکی که بر روی بدن پرنده می گذرد ، می تواند فوراً آن را بکشد و به سرعت به سمت زمین حرکت کند. متاسفانه به همین دلیل پرندگان زیادی در شهرها می میرند.

برای محافظت از پرندگان در برابر اثرات مضر الکتریسیته، دانشمندان خارجی دستگاه های ویژه ای ساخته اند - صندلی های پرنده عایق شده از جریان الکتریکی. چنین دستگاه هایی روی خطوط برق فشار قوی قرار می گرفتند. پرندگانی که روی یک سوف جدا شده می‌نشینند، می‌توانند سیم‌ها، میله‌ها یا براکت‌ها را با منقار، بال یا دم خود بدون هیچ خطری برای زندگی‌شان لمس کنند. سطح بالایی که اصطلاحا لایه شاخی پوست انسان نامیده می شود بیشترین مقاومت را دارد. مقاومت پوست خشک و دست نخورده می تواند به 40000 تا 100000 اهم برسد. لایه شاخی پوست بسیار کوچک است، فقط 0.05 - 0.2 میلی متر. و با ولتاژ 250 ولت به راحتی می شکند. در این حالت، مقاومت صد برابر کاهش می یابد و هر چه جریان بیشتر روی بدن انسان اثر کند، سریعتر سقوط می کند. افزایش تعریق پوست، کار بیش از حد، هیجانات عصبی و مسمومیت به شدت مقاومت بدن انسان را تا 800 - 1000 اهم کاهش می دهد. این توضیح می دهد که گاهی اوقات حتی یک ولتاژ کوچک می تواند باعث شوک الکتریکی شود. به عنوان مثال، اگر مقاومت بدن انسان 700 اهم باشد، ولتاژ تنها 35 ولت خطرناک خواهد بود. به همین دلیل است که به عنوان مثال، برقکاران، حتی در هنگام کار با ولتاژ 36 ولت، از تجهیزات محافظ عایق استفاده می کنند - دستکش یا ابزار لاستیکی با دسته های عایق.

قانون اهم به قدری ساده به نظر می رسد که مشکلاتی که در برقراری آن باید برطرف می شد نادیده گرفته می شود و فراموش می شود. آزمودن قانون اهم آسان نیست و نباید به عنوان یک حقیقت آشکار در نظر گرفته شود. در واقع، برای بسیاری از مواد آن را نگه نمی دارد.

این سختی ها دقیقاً چیست؟ آیا نمی توان با تعیین جریان در تعداد عناصر مختلف بررسی کرد که تغییر تعداد عناصر یک ستون ولتایی چه تغییری ایجاد می کند؟

واقعیت این است که وقتی تعداد متفاوتی از عناصر را می گیریم، کل زنجیره را تغییر می دهیم، زیرا عناصر اضافی نیز مقاومت اضافی دارند. بنابراین باید راهی برای تغییر ولتاژ بدون تغییر خود باتری پیدا کرد. علاوه بر این، مقادیر مختلف جریان سیم را در دماهای مختلف گرم می کند و این اثر می تواند بر قدرت جریان نیز تأثیر بگذارد. اهم (1787-1854) با بهره گیری از پدیده ترموالکتریکی که توسط Seebeck (1770-1831) در سال 1822 کشف شد، بر این مشکلات غلبه کرد.

بنابراین اهم نشان داد که جریان متناسب با ولتاژ و نسبت معکوس با امپدانس مدار است. این یک نتیجه ساده برای یک آزمایش پیچیده بود. حداقل الان برای ما باید اینطور به نظر برسد.

معاصران اهم، به ویژه هموطنان او، به گونه ای دیگر فکر می کردند: شاید همین سادگی قانون اهم بود که شک آنها را برانگیخت. اوم در حرفه خود با مشکلاتی مواجه شد و نیازمند بود. اوم به ویژه از این واقعیت که آثارش شناخته نشد افسرده شد. به اعتبار بریتانیای کبیر، و به ویژه انجمن سلطنتی، باید گفت که کار اهم در آنجا به رسمیت شناخته شد. اوم از آن بزرگانی است که نامشان اغلب با حروف کوچک نوشته شده است: نام «اُم» به واحد مقاومت داده شده است.

4. اولین مطالعات مقاومت هادی

هادی چیست؟ اولین محققان پاسخ دادند که این یک جزء کاملاً غیرفعال از مدار الکتریکی است. مطالعه آن صرفاً به این معنی است که مغز خود را در مورد اسرار غیر ضروری درگیر کنید، زیرا ... فقط منبع فعلی یک عنصر فعال است.

این دیدگاه درباره چیزها توضیح می دهد که چرا دانشمندان، حداقل قبل از سال 1840، تقریباً هیچ علاقه ای به کارهای معدودی که در این راستا انجام می شد نشان نمی دادند.

بنابراین، در دومین کنگره دانشمندان ایتالیایی، که در سال 1840 در تورین برگزار شد (اولین کنگره در سال 1839 در پیزا برگزار شد و حتی اهمیت سیاسی پیدا کرد)، در بحث در مورد گزارش ارائه شده توسط ماریانینی، د لا ریو استدلال کرد که رسانایی اکثر مایعات مطلق نیستند، "بلکه نسبی هستند و با تغییر در قدرت جریان تغییر می کنند." اما قانون اهم 15 سال زودتر منتشر شد!

در میان معدود دانشمندانی که برای اولین بار پس از اختراع گالوانومتر شروع به مطالعه موضوع رسانایی رسانا کردند، استفانو ماریانینی (1790-1866) بود.

او در حین مطالعه ولتاژ باتری به طور تصادفی به کشف خود رسید. او متوجه شد که با افزایش تعداد عناصر ستون ولتایی، اثر الکترومغناطیسی روی سوزن به طور محسوسی افزایش نمی یابد. این باعث شد که ماریانینی بلافاصله فکر کند که هر عنصر ولتایی مانعی برای عبور جریان است. او آزمایش هایی را با جفت «فعال» و «غیرفعال» انجام داد (یعنی شامل دو صفحه مسی که توسط یک واشر مرطوب از هم جدا شده اند) و به طور تجربی رابطه ای را پیدا کرد که در آن خواننده مدرن یک مورد خاص از قانون اهم را تشخیص می دهد، زمانی که مقاومت مدار خارجی مورد توجه قرار نمی گیرد، همانطور که در تجربه ماریانینی چنین بود.

گئورگ سیمون اهم (1789-1854) شایستگی های ماریانینی را تشخیص داد، اگرچه آثار او مستقیماً به اوم در کار او کمک نکرد. اهم در تحقیقات خود از کار ("تئوری تحلیلی گرما"، پاریس، 1822) توسط ژان باپتیست فوریه (1768-1830) الهام گرفته شد - یکی از مهمترین آثار علمی تمام دوران، که خیلی سریع در میان شهرت و قدردانی به دست آورد. ریاضیدانان و فیزیکدانان آن زمان. او به این ایده رسید که مکانیسم "جریان گرما" که فوریه در مورد آن صحبت می کند را می توان به جریان الکتریکی در یک رسانا تشبیه کرد. و همانطور که در نظریه فوریه جریان گرما بین دو جسم یا بین دو نقطه از یک جسم با اختلاف دما توضیح داده می شود، به همان ترتیب اهم وقوع جریان الکتریکی بین آنها را با تفاوت در "نیروهای الکتروسکوپی" توضیح می دهد. در دو نقطه هادی

به دنبال این قیاس، اهم مطالعات تجربی خود را با تعیین مقادیر نسبی رسانایی رساناهای مختلف آغاز کرد. او با استفاده از روشی که اکنون کلاسیک شده است، هادی های نازک از مواد مختلف با قطر یکسان را به صورت سری بین دو نقطه در یک مدار متصل کرد و طول آنها را طوری تغییر داد که مقدار مشخصی جریان حاصل شود. اولین نتایجی که او امروز به دست آورد، نسبتاً متواضع به نظر می رسد. گالوانومتر الکتریکی قانون اهم

برای مثال، مورخان از اندازه‌گیری‌های اهم در مورد نقره به‌عنوان رسانایی کمتر از مس و طلا شگفت‌زده می‌شوند و توضیح خود اهم را با کمال تعجب می‌پذیرند که آزمایش روی سیم نقره‌ای که با لایه‌ای از روغن پوشانده شده بود، انجام شد که در مورد دقیق بودن آن گمراه‌کننده بود. ارزش قطر

در آن زمان، منابع خطا در هنگام انجام آزمایشات (خلوص ناکافی فلزات، مشکل در کالیبراسیون سیم، مشکل در اندازه گیری دقیق و غیره) وجود داشت. مهمترین منبع خطا قطبی شدن باتری ها بود. عناصر دائمی (شیمیایی) در آن زمان هنوز شناخته نشده بودند، بنابراین در طول زمان مورد نیاز برای اندازه گیری، نیروی الکتروموتور عنصر به طور قابل توجهی تغییر کرد. همین دلایل باعث خطاهایی شد که اهم را بر اساس آزمایش‌های خود به قانون لگاریتمی وابستگی جریان به مقاومت هادی متصل بین دو نقطه در مدار هدایت کرد. پس از انتشار اولین مقاله اهم، پوگندورف به او توصیه کرد که عناصر شیمیایی را کنار بگذارد و از ترموکوپل مس-بیسموت بهتری که کمی قبل توسط Seebeck معرفی شده بود استفاده کند.

اهم به این توصیه گوش داد و آزمایشات خود را تکرار کرد و یک تاسیسات را با یک باتری ترموالکتریک مونتاژ کرد که در مدار خارجی آن هشت سیم مسی با همان قطر اما طول های مختلف به صورت سری به هم وصل شده بودند. او قدرت جریان را با استفاده از نوعی تعادل پیچشی که توسط یک سوزن مغناطیسی معلق روی یک نخ فلزی تشکیل شده بود اندازه گیری کرد. هنگامی که جریان موازی فلش آن را منحرف کرد، اهم نخی را که روی آن آویزان بود پیچید تا اینکه فلش در موقعیت معمول خود قرار گرفت.

قدرت جریان متناسب با زاویه پیچش نخ در نظر گرفته شد. اهم نتیجه گرفت که نتایج آزمایش‌های انجام شده با هشت سیم مختلف را می‌توان به خوبی با معادله بیان کرد.

که در آن X به معنای شدت عمل مغناطیسی رسانایی است که طول آن برابر با x است و a و b به ترتیب بسته به نیروی تحریک کننده و مقاومت بخش های باقی مانده مدار ثابت هستند.

شرایط تجربی تغییر کرد: مقاومت‌ها و جفت‌های ترموالکتریک جایگزین شدند، اما نتایج همچنان به فرمول بالا خلاصه می‌شود، که اگر X با قدرت جریان، a با نیروی الکتروموتور و b+x با نیروی حرکتی جایگزین شود، به فرمول بسیار ساده تبدیل می‌شود. مقاومت کل مدار

با دریافت این فرمول، اهم از آن برای مطالعه اثر ضرب کننده شوایگر بر روی انحراف سوزن و مطالعه جریانی که در مدار خارجی باتری سلول ها می گذرد، بسته به نحوه اتصال آنها - به صورت سری یا در استفاده می کند. موازی. به این ترتیب او توضیح می دهد (همانطور که اکنون در کتاب های درسی انجام می شود) چه چیزی جریان خارجی باتری را تعیین می کند، سوالی که برای محققان اولیه مبهم بود. ام امیدوار بود که کارهای تجربی او راه را برای او به دانشگاه باز کند، چیزی که او آرزو داشت. با این حال، مقالات مورد توجه قرار نگرفت. سپس سمت تدریس خود را در سالن بدنسازی کلن رها کرد و برای درک نظری نتایج به دست آمده به برلین رفت. در سال 1827 در برلین اثر اصلی خود را "Die galvanische Kette, mathe-matisch bearbeitet" ("مدار گالوانیکی توسعه یافته ریاضی") منتشر کرد.

این نظریه که او در توسعه آن الهام گرفت، همانطور که قبلاً نشان دادیم، توسط نظریه تحلیلی گرما فوریه، مفاهیم و تعاریف دقیق نیروی الکتروموتور یا "نیروی الکتروسکوپی" را که اهم آن را هدایت الکتریکی می نامد، معرفی می کند (Starke der). Leitung) و قدرت فعلی. اهم پس از بیان قانونی که او به شکل دیفرانسیل ارائه شده توسط نویسندگان مدرن ارائه کرده است، آن را در مقادیر محدود برای موارد خاص مدارهای الکتریکی خاص می نویسد، که مدار ترموالکتریک از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بر این اساس، او قوانین شناخته شده تغییرات ولتاژ الکتریکی در طول یک مدار را فرموله می کند.

اما مطالعات نظری اهم نیز مورد توجه قرار نگرفت، و اگر کسی در مورد آنها نوشت، فقط برای تمسخر "فانتزی بیمارگونه بود که تنها هدف آن میل به تحقیر حیثیت طبیعت است." و تنها ده سال بعد، آثار درخشان او به تدریج مورد توجه قرار گرفت: در

در آلمان توسط پوگندورف و فچنر، در روسیه توسط لنز، در انگلستان توسط ویتستون، در آمریکا توسط هنری، در ایتالیا توسط ماتئوچی مورد قدردانی قرار گرفتند.

همزمان با آزمایش های اهم، A. Becquerel آزمایش های خود را در فرانسه انجام داد و بارلو آزمایش های خود را در انگلستان انجام داد. آزمایش های اول به ویژه برای معرفی یک گالوانومتر دیفرانسیل با قاب سیم پیچ دوگانه و استفاده از روش اندازه گیری "صفر" قابل توجه است. آزمایش های بارلو شایان ذکر است زیرا آنها به طور تجربی ثابت بودن قدرت جریان را در کل مدار تأیید کردند. این نتیجه گیری توسط فچنر در سال 1831 تأیید شد و به جریان داخلی باتری تعمیم یافت و در سال 1851 توسط رودولف کولراوش تعمیم یافت.

(180E--1858) بر روی رسانای مایع، و سپس یک بار دیگر توسط آزمایش های دقیق گوستاو نیدمان (1826--1899) تایید شد.

5. اندازه گیری های الکتریکی

بکرل از یک گالوانومتر دیفرانسیل برای مقایسه مقاومت های الکتریکی استفاده کرد. او بر اساس تحقیقات خود قانون معروف وابستگی مقاومت یک هادی به طول و مقطع آن را تدوین کرد. این آثار توسط پویه ادامه یافت و توسط او در نسخه‌های بعدی کتاب معروفش «Elements de» توصیف شد.

physique experimentale» («مبانی فیزیک تجربی»)، که اولین ویرایش آن در سال 1827 منتشر شد. مقاومت ها با روش مقایسه تعیین شدند.

قبلاً در سال 1825، ماریانینی نشان داد که در مدارهای انشعاب، جریان الکتریکی بر روی همه رساناها، صرف نظر از اینکه از چه ماده ای ساخته شده اند، توزیع می شود، برخلاف گفته ولتا، که معتقد بود اگر یک شاخه از مدار توسط یک هادی فلزی تشکیل شود. و بقیه توسط مایع، سپس تمام جریان باید از هادی فلزی عبور کند. آراگو و پویه مشاهدات ماریانینی را در فرانسه رایج کردند. پویه که هنوز قانون اهم را نمی دانست، در سال 1837 از این مشاهدات و قوانین بکرل استفاده کرد تا نشان دهد که رسانایی یک مدار معادل دو است.

مدارهای منشعب برابر است با مجموع رسانایی هر دو مدار. پویه با این کار شالوده ای را برای مطالعه زنجیره های شاخه دار گذاشت. Pouillet تعدادی اصطلاح برای آنها ایجاد کرد،

که هنوز زنده هستند و برخی قوانین خاص توسط کیرشهوف در سال 1845 در «اصول» معروفش تعمیم داده شده است.

بیشترین انگیزه برای اندازه‌گیری‌های الکتریکی، و به‌ویژه اندازه‌گیری‌های مقاومت، به دلیل نیازهای روزافزون فناوری، و در درجه اول مشکلاتی بود که با ظهور تلگراف الکتریکی به وجود آمد. ایده استفاده از الکتریسیته برای انتقال سیگنال از راه دور برای اولین بار در قرن 18 ظاهر شد. ولتا پروژه تلگراف را توصیف کرد و آمپر در سال 1820 استفاده از پدیده های الکترومغناطیسی را برای انتقال سیگنال ها پیشنهاد کرد. ایده آمپر توسط بسیاری از دانشمندان و تکنسین ها مورد توجه قرار گرفت: در سال 1833، گاوس و وبر یک خط تلگراف ساده در گوتینگن ساختند که یک رصدخانه نجومی و یک آزمایشگاه فیزیکی را به هم متصل می کرد. اما تلگراف به لطف ساموئل مورس آمریکایی (1791-1872) که در سال 1832 ایده موفقیت آمیز ایجاد یک الفبای تلگراف متشکل از تنها دو کاراکتر را مطرح کرد، کاربرد عملی دریافت کرد. پس از تلاش‌های متعدد، مورس سرانجام موفق شد در سال 1835 اولین مدل تلگراف خام را در دانشگاه نیویورک بسازد. در سال 1839 یک آزمایش

خط بین واشنگتن و بالتیمور، و در سال 1844 اولین شرکت آمریکایی برای بهره برداری تجاری از اختراع جدید، سازماندهی شده توسط مورس، پدید آمد. همچنین اولین کاربرد عملی نتایج تحقیقات علمی در زمینه برق بود.

در انگلستان، چارلز ویتستون (1802-1875)، استاد سابق آلات موسیقی، شروع به مطالعه و بهبود تلگراف کرد. درک اهمیت

اندازه گیری مقاومت، وتستون شروع به جستجوی ساده ترین و دقیق ترین روش ها برای چنین اندازه گیری کرد. روش مقایسه ای که در آن زمان استفاده می شد، همانطور که دیدیم، نتایج غیر قابل اعتمادی به دست آورد، عمدتاً به دلیل عدم وجود منابع توان پایدار. قبلاً در سال 1840، وتستون راهی برای اندازه گیری مقاومت بدون توجه به ثبات نیروی محرکه الکتریکی پیدا کرد و دستگاه خود را به ژاکوبی نشان داد. با این حال، مقاله ای که در آن این دستگاه توضیح داده شده است و می توان آن را اولین کار در زمینه مهندسی برق نامید، تنها در سال 1843 ظاهر شد. این مقاله به توصیف "پل" معروفی می پردازد که سپس به نام وتستون نامگذاری شد. در واقع، چنین دستگاهی شرح داده شده است -

در سال 1833 توسط گونتر کریستی و به طور مستقل در سال 1840 توسط ماریانینی. هر دوی آنها روشی را برای کاهش به صفر پیشنهاد کردند، اما توضیحات نظری آنها، که قانون اهم را در نظر نگرفت، چیزهای زیادی باقی گذاشت.

وتستون از ستایشگران اهم بود و قانون او را به خوبی می دانست، بنابراین نظریه او در مورد "پل وتستون" با آنچه اکنون در کتاب های درسی ارائه می شود تفاوتی ندارد. علاوه بر این، وتستون، به منظور تغییر سریع و راحت مقاومت یک طرف پل برای به دست آوردن جریان صفر در گالوانومتر موجود در بازوی مورب پل، سه نوع رئوستات طراحی کرد (این کلمه توسط وی پیشنهاد شد.

قیاس با "رئوفور" معرفی شده توسط آمپر، که به تقلید از آن، پکلت اصطلاح "رئومتر" را نیز معرفی کرد). اولین نوع رئوستات با براکت متحرک که امروزه نیز مورد استفاده قرار می گیرد، توسط ویت استون به قیاس با دستگاه مشابهی که توسط ژاکوبی در سال 1841 استفاده می شد ساخته شد. بخشی از یک سیم متصل به یک مدار، که به راحتی از استوانه چوبی به برنز می پیچید. نوع سوم رئوستات شبیه به "فروشگاه مقاومت" ارنست بود

ورنر زیمنس (1816-1892)، دانشمند و صنعتگر، در سال 1860 بهبود یافت و به طور گسترده توزیع شد. "پل وتستون" امکان اندازه گیری نیروهای الکتروموتور و مقاومت را فراهم کرد.

ایجاد یک تلگراف زیر آب، شاید حتی بیشتر از تلگراف هوایی، نیازمند توسعه روش های اندازه گیری الکتریکی بود. آزمایشات با تلگراف های زیر آب از اوایل سال 1837 آغاز شد و یکی از اولین مشکلاتی که باید حل می شد تعیین سرعت انتشار جریان بود. در سال 1834، وتستون، با استفاده از آینه های چرخان، که قبلاً در فصل به آن اشاره کردیم. 8، اولین اندازه گیری این سرعت را انجام داد، اما نتایج او با نتایج لاتیمر کلارک در تضاد بود، و دومی، به نوبه خود، با مطالعات بعدی دانشمندان دیگر مطابقت نداشت.

در سال 1855، ویلیام تامسون (که بعداً عنوان لرد کلوین را دریافت کرد) دلیل همه این اختلافات را توضیح داد. به گفته تامسون، سرعت جریان در یک هادی مقدار مشخصی ندارد. همانطور که سرعت انتشار گرما در یک میله به ماده بستگی دارد، سرعت جریان در یک هادی نیز به حاصلضرب مقاومت و ظرفیت الکتریکی آن بستگی دارد. پیرو این نظریه او که در زمان خود

تامسون در معرض انتقاد شدید قرار گرفت، مشکلات مربوط به تلگراف زیر آب را مطرح کرد.

اولین کابل بین اقیانوس اطلس که انگلستان و آمریکا را به هم متصل می کرد حدود یک ماه کار کرد، اما بعد از آن خراب شد. تامسون کابل جدید را محاسبه کرد، اندازه‌گیری‌های مقاومت و ظرفیت خازنی متعددی را انجام داد و دستگاه‌های فرستنده جدیدی را ارائه کرد که باید به گالوانومتر بازتابنده استاتیکی که با «ضبط‌کننده سیفون» اختراع خودش جایگزین شده بود اشاره کرد. سرانجام، در سال 1866، کابل جدید ترانس آتلانتیک با موفقیت به بهره برداری رسید. ایجاد این اولین سازه بزرگ مهندسی برق با توسعه سیستمی از واحدهای اندازه گیری الکتریکی و مغناطیسی همراه بود.

اساس متریک الکترومغناطیسی توسط کارل فردریش گاوس (1777-1855) در مقاله معروف خود "Intensitas vis magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata" ("میزان نیروی مغناطیس زمینی در اندازه های مطلق") که در سال 1832 منتشر شد، گذاشته شد. گاوس اشاره کرد که واحدهای اندازه گیری مغناطیسی مختلف قابل مقایسه نیستند

خود حداقل در بیشتر موارد، سیستمی از واحدهای مطلق را بر اساس سه واحد اساسی مکانیک پیشنهاد کرد: دوم (واحد زمان)، میلی‌متر (واحد طول) و میلی‌گرم (واحد جرم). او از طریق آنها تمام واحدهای فیزیکی دیگر را بیان کرد و تعدادی ابزار اندازه گیری، به ویژه یک مغناطیس سنج برای اندازه گیری مغناطیس زمین در واحدهای مطلق اختراع کرد. کار گاوس توسط وبر ادامه یافت که بسیاری از سازها و سازهای خود را که توسط گاوس طراحی شده بود ساخت. به تدریج، به ویژه به لطف کار ماکسول، که در کمیسیون ویژه اندازه گیری های ایجاد شده توسط انجمن بریتانیا، که گزارش های سالانه از 1861 تا 1867 را منتشر می کرد، انجام شد، ایده ایجاد سیستم های واحد اندازه گیری، به ویژه سیستم الکترومغناطیسی و اقدامات الکترواستاتیک

ایده ایجاد چنین سیستم های مطلق واحدها به تفصیل در گزارش تاریخی 1873 توسط کمیسیون دوم انجمن بریتانیا بیان شد. کنگره بین‌المللی که در سال 1881 در پاریس تشکیل شد، برای اولین بار واحدهای اندازه‌گیری بین‌المللی را ایجاد کرد و به هر یک از آنها نامی به افتخار برخی فیزیکدانان بزرگ داد. اکثر این نام ها هنوز باقی مانده اند: ولت، اهم، آمپر، ژول و غیره

بسیاری از پیچ و تاب ها، سیستم بین المللی جورجی یا MKSQ در سال 1935 معرفی شد که متر، کیلوگرم جرم، ثانیه و اهم را به عنوان واحدهای پایه خود می گیرد.

با «سیستم‌های» واحدها «فرمول‌های بعدی» مرتبط است که اولین بار توسط فوریه در نظریه تحلیلی گرما (1822) استفاده شد و توسط ماکسول منتشر شد، که نماد استفاده شده در آنها را ایجاد کرد. مترولوژی قرن گذشته، بر اساس تمایل به توضیح همه پدیده ها با کمک مدل های مکانیکی، به فرمول های ابعادی اهمیت زیادی می داد، که می خواست آنها را نه بیشتر و نه کمتر از کلید اسرار طبیعت ببیند. در همان زمان، تعدادی اظهارات با ماهیت تقریباً جزمی مطرح شد. بنابراین، تقریباً یک جزم اجباری بود که باید سه کمیت اساسی وجود داشته باشد. اما در پایان قرن آنها متوجه شدند که فرمول های ابعادی کاملاً متعارف هستند، در نتیجه علاقه به نظریه های ابعادی به تدریج کاهش یافت.

نتیجه

پروفسور فیزیک در دانشگاه مونیخ E. Lommel به خوبی در مورد اهمیت تحقیقات اهم در افتتاح بنای یادبود این دانشمند در سال 1895 صحبت کرد:

"کشف اهم مشعل درخشانی بود که منطقه برق را که قبلاً در تاریکی پوشانده شده بود روشن می کرد. اهم تنها مسیر صحیح را از طریق جنگل نفوذ ناپذیر حقایق غیرقابل درک نشان داد. موفقیت های قابل توجه در توسعه مهندسی برق که ما داریم. که در دهه های اخیر با شگفتی مشاهده شد، تنها می توان به آن دست یافت "بر اساس کشف اهم. فقط او قادر به تسلط و کنترل بر نیروهای طبیعت است که می تواند قوانین طبیعت را باز کند، اهم رازی را که طبیعت برای آن پنهان کرده بود ربوده است. آنقدر طولانی شد و آن را به معاصران خود سپرد.»

فهرست منابع استفاده شده

دورفمن یا.جی. تاریخ جهانی فیزیک. M., 1979 Ohm G. تعیین قانونی که طبق آن فلزات الکتریسیته تماسی را هدایت می کنند. - در کتاب: کلاسیک علوم فیزیکی. م.، 1989

دایره المعارف صد نفر. که دنیا را تغییر داد. اهم

پروخوروف A. M. فرهنگ لغت دانشنامه فیزیک،م.، 1983

اوریر جی. فیزیک، ج 2. م.، 1981

جیانکولی دی. فیزیک، ج 2. م.، 1989م

http://www.portal-slovo.ru/

http://www.polarcom.ru/~vvtsv/s_doc9c.html)

ارسال شده در Allbest.ru

اسناد مشابه

تاریخچه کشف "قانون گرانش جهانی" توسط آیزاک نیوتن، رویدادهای قبل از این کشف. ماهیت و حدود اعمال قانون. تدوین قوانین کپلر و کاربرد آنها در حرکت سیارات، ماهواره های طبیعی و مصنوعی آنها.

ارائه، اضافه شده در 2010/07/25


مطالعه حرکت یک جسم تحت تأثیر یک نیروی ثابت. معادله نوسان ساز هارمونیک. شرح نوسان یک آونگ ریاضی. حرکت سیارات به دور خورشید. حل معادله دیفرانسیل. کاربرد قانون کپلر، قانون دوم نیوتن.

چکیده، اضافه شده در 2015/08/24


تاریخچه کشف قانون گرانش جهانی. یوهانس کپلر به عنوان یکی از کاشفان قانون حرکت سیارات به دور خورشید. ماهیت و ویژگی های آزمایش کاوندیش. تحلیل نظریه نیروی جاذبه متقابل. حدود اساسی اعمال قانون.

ارائه، اضافه شده در 2011/03/29


مطالعه "قانون ارشمیدس"، انجام آزمایشاتی برای تعیین نیروی ارشمیدس. استخراج فرمول برای یافتن جرم سیال جابجا شده و محاسبه چگالی. کاربرد "قانون ارشمیدس" برای مایعات و گازها. توسعه روش شناختی یک درس در مورد این موضوع.

یادداشت های درس، اضافه شده در 2010/09/27


اطلاعات بیوگرافی در مورد نیوتن - فیزیکدان، ریاضیدان و ستاره شناس بزرگ انگلیسی، آثار او. تحقیقات و اکتشافات یک دانشمند، آزمایش در اپتیک و نظریه رنگ. اولین اشتقاق نیوتن از سرعت صوت در گاز، بر اساس قانون بویل-ماریوت.

ارائه، اضافه شده در 2015/08/26


بررسی علت ناهنجاری مغناطیسی روش های تعیین مولفه افقی قدرت میدان مغناطیسی زمین. کاربرد قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس. تعیین علت چرخش فلش پس از اعمال ولتاژ به سیم پیچ مماس-گالوانومتر.

تست، اضافه شده در 2015/06/25


شرح قوانین اساسی نیوتن. ویژگی های قانون اول در مورد حفظ حالت سکون یا حرکت یکنواخت توسط یک جسم تحت اعمال جبران شده اجسام دیگر بر روی آن. اصول قانون شتاب بدن ویژگی های سیستم های مرجع اینرسی

ارائه، اضافه شده در 2014/12/16


قوانین کپلر در مورد حرکت سیارات، شرح مختصر آنها. تاریخچه کشف قانون گرانش جهانی توسط I. Newton. تلاش برای ایجاد مدلی از جهان. حرکت اجسام تحت تأثیر گرانش. نیروهای گرانشی جاذبه ماهواره های زمین مصنوعی

چکیده، اضافه شده در 2010/07/25


بررسی اعتبار روابط هنگام اتصال مقاومت ها به صورت موازی و قانون اول کیرشهوف. ویژگی های امپدانس گیرنده روش محاسبه ولتاژ و جریان برای اتصالات مختلف. ماهیت قانون اهم برای یک بخش و برای کل مدار.

کارهای آزمایشگاهی، اضافه شده در 1389/01/12


تعاملات اساسی در طبیعت برهمکنش بارهای الکتریکی خواص بار الکتریکی قانون پایستگی بار الکتریکی تدوین قانون کولن شکل برداری و معنای فیزیکی قانون کولن. اصل برهم نهی

قانون اهم برای یک مدار کامل چیست؟ بنابراین، این فرمولی است که در آن ارتباط بین پارامترهای اصلی یک مدار الکتریکی به وضوح قابل مشاهده است: جریان، ولتاژ و مقاومت. برای درک ماهیت قانون، ابتدا برخی از مفاهیم را درک می کنیم.

مدار الکتریکی چیست؟

مدار الکتریکی مسیری در مدار الکتریکی است که از طریق آن بارها (عناصر الکتریکی، سیم ها و سایر وسایل) جریان می یابند. البته سرآغاز آن را منبع برق می دانند. تحت تأثیر میدان الکترومغناطیسی، پدیده‌های فوتونیک یا فرآیندهای شیمیایی، بارهای الکتریکی تمایل دارند به سمت ترمینال مخالف این منبع انرژی حرکت کنند.

جریان الکتریکی چیست؟

حرکت هدایت شده ذرات باردار هنگام قرار گرفتن در معرض میدان الکتریکی یا سایر نیروهای خارجی جریان الکتریکی نامیده می شود. جهت آن توسط جهت پروتون ها (بارهای مثبت) تعیین می شود. جریان ثابت خواهد بود اگر نه قدرت و نه جهت آن در طول زمان تغییر کند.

تاریخچه قانون اهم

هنگام انجام آزمایشات با یک هادی، فیزیکدان گئورگ اهم توانست ثابت کند که قدرت جریان متناسب با ولتاژ اعمال شده به انتهای آن است:

I / sim U یا I = G / U،

که در آن G هدایت الکتریکی است و مقدار R = 1 / G مقاومت الکتریکی هادی است. این کشف توسط فیزیکدان مشهور آلمانی در سال 1827 انجام شد.

قوانین اهم

برای یک مدار کامل، تعریف به شرح زیر خواهد بود: قدرت جریان در مدار الکتریکی برابر است با نسبت نیروی الکتروموتور (که از این پس به عنوان EMF نامیده می شود) منبع به مجموع مقاومت ها:

I = E / (R + r)،

که در آن R مقاومت مدار خارجی و r مقاومت داخلی است. اغلب اوقات، فرمول بندی قانون مشکلاتی را ایجاد می کند، زیرا همه با مفهوم EMF، تفاوت آن با ولتاژ آشنا نیستند، همه نمی دانند معنی آن چیست. و مقاومت داخلی از کجا می آید. به همین دلیل است که توضیحات لازم است، زیرا قانون اهم برای یک مدار کامل معنای عمیقی دارد.

تدوین قانون بخش زنجیره را می توان شفاف نامید. نکته این است که برای درک آن نیازی به توضیح اضافی نیست: جریان در مدار با ولتاژ نسبت مستقیم و با مقاومت نسبت معکوس دارد:

معنی

قانون اهم برای یک مدار کامل ارتباط نزدیکی با قانون بقای انرژی دارد. بیایید فرض کنیم منبع فعلی هیچ مقاومت داخلی ندارد. در این صورت چه اتفاقی باید بیفتد؟ معلوم می شود که اگر مقاومتی وجود نداشت، جریان بزرگتری به مدار خارجی داده می شد و بر این اساس قدرت بیشتر می شد.

اکنون زمان درک مفهوم نیروی الکتروموتور است. این مقدار نشان دهنده تفاوت بین پتانسیل های الکتریکی در پایانه های منبع است، اما فقط بدون هیچ بار. بیایید فشار آب در یک مخزن بالا را به عنوان مثال در نظر بگیریم. سطح آب تا زمانی که شروع به مصرف شود در جای خود باقی می ماند. وقتی شیر آب را باز می کنید، سطح مایع کاهش می یابد زیرا پمپاژ وجود ندارد. هنگامی که آب وارد لوله می شود، مقاومت را تجربه می کند و همین اتفاق در مورد بارهای الکتریکی در سیم می افتد.

در صورت عدم وجود بار، پایانه ها در حالت باز هستند، معلوم می شود که EMF و ولتاژ از نظر اندازه یکسان هستند. اگر مثلاً یک لامپ روشن کنیم، مدار بسته می شود و نیروی الکتروموتور در آن ولتاژ ایجاد می کند و کار مفیدی انجام می دهد. مقداری از انرژی به دلیل مقاومت داخلی تلف می شود (به این تلفات می گویند).

اگر مقاومت مصرف کننده کمتر از مقاومت داخلی باشد، توان بیشتری در منبع جریان آزاد می شود. و سپس EMF در مدار خارجی کاهش می یابد و بخش قابل توجهی از انرژی در مقاومت داخلی از بین می رود. ماهیت قوانین حفاظت این است که طبیعت نمی تواند بیش از آنچه می دهد ببرد.

ماهیت مقاومت داخلی برای ساکنان آپارتمان های دوره خروشچف که آپارتمان های آنها دارای تهویه مطبوع هستند به خوبی شناخته شده است، اما سیم کشی قدیمی هرگز جایگزین نشده است. کنتور برق با سرعت سرسام آوری می چرخد، پریز و دیوار در محل هایی که سیم های آلومینیومی قدیمی عبور می کنند گرم می شود و در نتیجه کولر به سختی هوای اتاق را خنک می کند.

طبیعت آر

"اهم کامل" (همانطور که برقکارها عادت دارند قانون را بخوانند) به خوبی درک نشده است، زیرا مقاومت داخلی منبع، به عنوان یک قاعده، ماهیت الکتریکی ندارد. بیایید با استفاده از مثال باتری نمک به این موضوع نگاه کنیم. مشخص است که یک باتری الکتریکی از چندین عنصر تشکیل شده است، اما ما فقط یکی را در نظر خواهیم گرفت. بنابراین، ما یک باتری Krona آماده داریم که از 7 عنصر متصل به صورت سری تشکیل شده است.

جریان چگونه تولید می شود؟ در ظرفی با الکترولیت، یک میله کربنی را در یک پوسته منگنز قرار می دهیم که از الکترودها یا آندهای مثبت تشکیل شده است. در این مثال خاص، میله کربن به عنوان یک جمع کننده جریان عمل می کند. فلز روی از الکترودهای منفی (کاتد) تشکیل شده است. باتری های موجود در فروشگاه معمولا حاوی الکترولیت ژل هستند. مایع به ندرت استفاده می شود. یک فنجان روی با الکترولیت و آند به عنوان یک الکترود منفی عمل می کند.

معلوم شد که راز باتری در این واقعیت نهفته است که پتانسیل الکتریکی منگنز به اندازه روی نیست. بنابراین، الکترون ها به کاتد جذب می شوند و به نوبه خود، یون های روی دارای بار مثبت را به سمت آند دفع می کند. در نتیجه کاتد به تدریج مصرف می شود. شاید همه بدانند که اگر باتری مرده به موقع تعویض نشود، ممکن است نشت کند. این به چه چیزی مرتبط است؟ همه چیز بسیار ساده است: الکترولیت از طریق فنجان جدا شده شروع به جریان می کند.

همانطور که بارها روی میله کربن حرکت می کنند، بارهای مثبت در پوسته منگنز جمع می شوند، در حالی که بارهای منفی روی روی انباشته می شوند. به همین دلیل است که آنها را آند و کاتد می نامند، اما داخل باتری ها متفاوت به نظر می رسد. اختلاف بین بارها نیروی محرکه الکتریکی ایجاد می کند، زمانی که اختلاف پتانسیل در ماده الکترود برابر با مقدار emf باشد، بارها در الکترولیت حرکت نمی کنند و نیروهای جاذبه برابر با نیروهای دافعه هستند.

بیایید اکنون مدار را ببندیم: برای انجام این کار، فقط لامپ را به باتری وصل کنید. با عبور از یک منبع نور مصنوعی، شارژها هر کدام به جای خود ("خانه") باز می گردند و لامپ روشن می شود. در داخل باتری، حرکت الکترون‌ها و یون‌ها دوباره آغاز می‌شود، زیرا بارها از بین رفته‌اند و یک نیروی جاذبه یا دافعه دوباره ظاهر شده است.

در واقع باتری جریان تولید می کند و به همین دلیل لامپ روشن می شود، این اتفاق به دلیل مصرف روی رخ می دهد که در این فرآیند به ترکیبات شیمیایی دیگر تبدیل می شود. برای استخراج روی خالص، طبق قانون بقای انرژی، باید آن را مصرف کرد، اما نه به شکل الکتریکی (دقیقا به همان مقداری که به لامپ داده شد).

اکنون می توانیم در نهایت ماهیت مقاومت داخلی منبع را درک کنیم. در باتری، این مانعی برای حرکت یون های بزرگ است. حرکت الکترون ها بدون یون غیرممکن است زیرا نیروی جاذبه ای وجود ندارد.

در ژنراتورهای صنعتی، r نه تنها به دلیل مقاومت الکتریکی سیم پیچ ها، بلکه به دلایل خارجی نیز ظاهر می شود. بنابراین، به عنوان مثال، در نیروگاه های برق آبی، مقدار کمیت به راندمان توربین، مقاومت جریان آب در مجرا و همچنین به تلفات در انتقال مکانیکی بستگی دارد. علاوه بر این، دمای آب و نحوه گل و لای بودن آن تا حدی تأثیر دارد.

جریان متناوب

ما قبلاً به قانون اهم برای کل مدار DC نگاه کرده ایم. فرمول با جریان متناوب چگونه تغییر خواهد کرد؟ قبل از اینکه بدانیم، بیایید خود مفهوم را توصیف کنیم. جریان متناوب حرکت ذرات باردار الکتریکی است که جهت و مقدار آنها در طول زمان تغییر می کند. برخلاف مقاومت ثابت، با عوامل اضافی همراه است که نوع جدیدی از مقاومت (واکنشی) ایجاد می کند. این ویژگی خازن ها و سلف ها است.

قانون اهم برای یک مدار کامل برای جریان متناوب:

که در آن Z مقاومت پیچیده ای است که از مقاومت های فعال و واکنش پذیر تشکیل شده است.

همه چیز بد نیست

قانون اهم برای یک مدار کامل، علاوه بر اینکه تلفات انرژی را نشان می دهد، راه هایی را نیز برای حذف آنها پیشنهاد می کند. برقکارهای معمولی به ندرت از فرمول برای یافتن مقاومت پیچیده زمانی که در یک مدار خازن یا اندوکتانس وجود دارد استفاده می کنند. در بیشتر موارد، جریان با استفاده از گیره یا یک تستر مخصوص اندازه گیری می شود. و هنگامی که ولتاژ مشخص باشد، مقاومت پیچیده را می توان به راحتی محاسبه کرد (اگر واقعاً لازم باشد).

شدت جریان در یک بخش از مدار با ولتاژ نسبت مستقیم و با مقاومت الکتریکی یک بخش معین از مدار نسبت معکوس دارد.

قانون اهم به صورت زیر نوشته شده است:

جایی که: I - جریان (A)، U - ولتاژ (V)، R - مقاومت (اهم).

باید در نظر داشت که قانون اهم اساسی است(پایه) و می تواند برای هر سیستم فیزیکی که در آن جریان ذرات یا میدان هایی وجود دارد که بر مقاومت غلبه می کنند، اعمال شود. می توان از آن برای محاسبه جریان های هیدرولیک، پنوماتیک، مغناطیسی، الکتریکی، نور و گرما استفاده کرد.

قانون اهم رابطه بین سه کمیت اصلی را تعریف می کند: جریان، ولتاژ و مقاومت. او بیان می کند که جریان با ولتاژ نسبت مستقیم و با مقاومت نسبت معکوس دارد.

جریان از نقطه ای با الکترون اضافی به نقطه ای با کمبود الکترون جریان می یابد. مسیری که جریان طی می کند مدار الکتریکی نامیده می شود. تمام مدارهای الکتریکی شامل منبع فعلی, بارهاو هادی ها. منبع فعلی اختلاف پتانسیل را فراهم می کند، که به جریان اجازه می دهد. منبع تغذیه می تواند باتری، ژنراتور یا دستگاه دیگری باشد. بار در برابر جریان جریان مقاومت می کند. این مقاومت بسته به هدف مدار می تواند زیاد یا کم باشد. جریان در یک مدار از طریق هادی ها از منبع به بار عبور می کند. هادی باید به راحتی الکترون ها را رها کند. اکثر هادی ها از مس استفاده می کنند.

مسیر جریان الکتریکی به یک بار می تواند از سه نوع مدار عبور کند: مدار سری، مدار موازی یا مدار سری-موازی جریان الکترونی در یک مدار الکتریکی از ترمینال منفی منبع جریان، از طریق بار به ترمینال مثبت منبع فعلی

تا زمانی که این مسیر قطع نشود، مدار بسته است و جریان جریان دارد.

اما اگر مسیر قطع شود، مدار باز می شود و جریان نمی تواند از آن عبور کند.

جریان در مدار الکتریکی را می توان با تغییر ولتاژ اعمال شده یا مقاومت مدار تغییر داد. جریان به همان نسبت ولتاژ یا مقاومت تغییر می کند. اگر ولتاژ افزایش یابد، جریان نیز افزایش می یابد. اگر ولتاژ کاهش یابد، جریان نیز کاهش می یابد. از طرف دیگر، اگر مقاومت افزایش یابد، جریان کاهش می یابد. اگر مقاومت کاهش یابد، جریان افزایش می یابد. این رابطه بین ولتاژ، جریان و مقاومت را قانون اهم می نامند.

قانون اهم بیان می کند که جریان در مدار (سری، موازی یا سری-موازی) با ولتاژ نسبت مستقیم و با مقاومت نسبت عکس دارد.

هنگام تعیین مقادیر مجهول در مدار، این قوانین را دنبال کنید:

1. یک نمودار مدار بکشید و تمام مقادیر شناخته شده را برچسب بزنید.
2. محاسبات را برای مدارهای معادل انجام دهید و مدار را دوباره ترسیم کنید.
3. مقادیر مجهول را محاسبه کنید.

به یاد داشته باشید: قانون اهم برای هر بخشی از مدار معتبر است و می تواند در هر زمانی اعمال شود. جریان یکسانی از مدار سری می گذرد و ولتاژ یکسانی به هر شاخه از مدار موازی اعمال می شود.

تاریخچه قانون اهم

جورج اهم، با انجام آزمایش‌هایی با یک رسانا، دریافت که قدرت جریان در یک رسانا متناسب با ولتاژ اعمال شده به انتهای آن است. ضریب تناسب را هدایت الکتریکی و مقدار آن را معمولاً مقاومت الکتریکی رسانا می نامند. قانون اهم در سال 1826 کشف شد.

در زیر انیمیشن هایی از مدارهایی که قانون اهم را نشان می دهند آورده شده است. توجه داشته باشید که (در تصویر اول) آمپرمتر (A) ایده آل است و مقاومت آن صفر است.

این انیمیشن نشان می دهد که چگونه جریان در مدار با تغییر ولتاژ اعمال شده تغییر می کند.

انیمیشن زیر نشان می دهد که چگونه جریان در مدار با تغییر مقاومت تغییر می کند.

در طبیعت دو نوع اصلی مواد رسانا و نارسانا (دی الکتریک) وجود دارد. این مواد در وجود شرایط برای حرکت جریان الکتریکی (الکترون) در آنها متفاوت است.

هادی های الکتریکی از مواد رسانا (مس، آلومینیوم، گرافیت و بسیاری دیگر) ساخته شده اند که الکترون ها در آنها محدود نیستند و می توانند آزادانه حرکت کنند.

در دی الکتریک، الکترون ها محکم به اتم ها متصل هستند، بنابراین جریان نمی تواند در آنها جریان یابد. از آنها برای ساخت عایق سیم ها و قطعات لوازم برقی استفاده می شود.

برای اینکه الکترون ها در یک رسانا شروع به حرکت کنند (جریان از بخشی از مدار می گذرد)، آنها باید شرایطی را ایجاد کنند. برای انجام این کار، باید در ابتدای بخش زنجیره الکترون اضافی و در انتهای آن کمبود وجود داشته باشد. برای ایجاد چنین شرایطی، از منابع ولتاژ استفاده می شود - باتری ها، باتری ها، نیروگاه ها.

در سال 1827م جورج سیمون اهمقانون جریان الکتریکی را کشف کرد. قانون و واحد اندازه گیری مقاومت به نام او نامگذاری شد. مفهوم قانون به شرح زیر است.

هرچه لوله ضخیم تر باشد و فشار آب در منبع آب بیشتر باشد (با افزایش قطر لوله، مقاومت در برابر آب کاهش می یابد) - آب بیشتری جریان می یابد. اگر تصور کنیم که آب الکترون است (جریان الکتریکی)، پس هرچه سیم ضخیم تر و ولتاژ بالاتر باشد (با افزایش سطح مقطع سیم، مقاومت جریان کاهش می یابد) - جریان بیشتری از بخش مدار عبور می کند.

جریان عبوری از مدار الکتریکی با ولتاژ اعمال شده نسبت مستقیم و با مقدار مقاومت مدار نسبت معکوس دارد.

جایی که من- قدرت جریان، با آمپر اندازه گیری شده و با حرف نشان داده می شود آ; U که در; آر- مقاومت، اندازه گیری شده در اهم و تعیین شده است اهم.

اگر ولتاژ تغذیه مشخص باشد Uو مقاومت دستگاه الکتریکی آر، سپس با استفاده از فرمول فوق، با استفاده از یک ماشین حساب آنلاین، به راحتی می توان قدرت جریان عبوری از مدار را تعیین کرد. من.

با استفاده از قانون اهم، پارامترهای الکتریکی سیم کشی برق، عناصر گرمایشی و تمام عناصر رادیویی تجهیزات الکترونیکی مدرن، اعم از کامپیوتر، تلویزیون یا تلفن همراه، محاسبه می شود.

کاربرد قانون اهم در عمل

در عمل، اغلب لازم است که قدرت فعلی را تعیین کنیم منو مقدار مقاومت آر. با تبدیل فرمول قانون اهم می توانید مقدار مقاومت را محاسبه کنید آر، دانستن جریان جاری منو مقدار ولتاژ U.

مقدار مقاومت ممکن است نیاز به محاسبه داشته باشد، برای مثال، هنگام ساخت یک بلوک بار برای آزمایش منبع تغذیه کامپیوتر. معمولاً برچسبی روی کیس منبع تغذیه رایانه وجود دارد که حداکثر جریان بار را برای هر ولتاژ ذکر می کند. کافی است مقادیر ولتاژ داده شده و حداکثر جریان بار را در فیلدهای ماشین حساب وارد کنیم و در نتیجه محاسبه مقدار مقاومت بار را برای یک ولتاژ معین بدست آوریم. به عنوان مثال، برای ولتاژ +5 V در حداکثر جریان 20 A، مقاومت بار 0.25 اهم خواهد بود.

فرمول قانون ژول-لنز

ما مقدار مقاومت را برای ساخت بلوک بار برای منبع تغذیه کامپیوتر محاسبه کرده ایم، اما هنوز باید مشخص کنیم که مقاومت باید چه قدرتی داشته باشد؟ قانون دیگری از فیزیک در اینجا کمک خواهد کرد، که به طور همزمان توسط دو فیزیکدان مستقل از یکدیگر کشف شد. در سال 1841 جیمز ژول و در سال 1842 امیل لنز. این قانون به نام آنها - قانون ژول لنز.

توان مصرفی بار به طور مستقیم با ولتاژ اعمال شده و جریان جریان متناسب است. به عبارت دیگر، زمانی که ولتاژ و جریان تغییر می کند، مصرف برق نیز به نسبت تغییر می کند.

جایی که پ– توان، با وات اندازه گیری و تعیین شده است دبلیو; U– ولتاژ که بر حسب ولت اندازه گیری می شود و با حرف مشخص می شود که در; من- قدرت جریان، با آمپر اندازه گیری شده و با حرف نشان داده می شود آ.

با دانستن ولتاژ و جریان مصرفی یک وسیله الکتریکی، می توانید از فرمولی برای تعیین میزان مصرف برق استفاده کنید. فقط داده ها را در کادرهای زیر در ماشین حساب آنلاین وارد کنید.

قانون Joule-Lenz همچنین به شما این امکان را می دهد که با دانستن قدرت و ولتاژ منبع تغذیه، جریان مصرف شده توسط یک وسیله الکتریکی را دریابید. مقدار جریان مصرفی لازم است، به عنوان مثال، برای انتخاب مقطع سیم هنگام گذاشتن سیم کشی برق یا محاسبه رتبه.

به عنوان مثال، بیایید مصرف فعلی یک ماشین لباسشویی را محاسبه کنیم. طبق گذرنامه، مصرف برق 2200 وات است، ولتاژ در شبکه برق خانگی 220 ولت است. داده ها را در پنجره های ماشین حساب جایگزین می کنیم، متوجه می شویم که ماشین لباسشویی جریان 10 A را مصرف می کند.

مثال دیگر: تصمیم می گیرید یک چراغ جلو یا تقویت کننده صوتی اضافی در ماشین خود نصب کنید. با آگاهی از میزان مصرف برق وسیله برقی نصب شده، به راحتی می توان جریان مصرفی را محاسبه کرد و مقطع سیم صحیح را برای اتصال به سیم کشی برق خودرو انتخاب کرد. فرض کنید یک چراغ جلوی اضافی توان 100 وات مصرف می کند (قدرت لامپ نصب شده در چراغ جلو)، ولتاژ داخلی شبکه خودرو 12 ولت است. مقادیر قدرت و ولتاژ را جایگزین می کنیم. در پنجره های ماشین حساب، متوجه می شویم که جریان مصرفی 8.33 A خواهد بود.

با درک فقط دو فرمول ساده، می توانید به راحتی جریان های عبوری از سیم ها، مصرف برق هر وسیله برقی را محاسبه کنید - شما عملاً شروع به درک اصول اولیه مهندسی برق خواهید کرد.

فرمول های تبدیل شده قانون اهم و ژول لنز

من در اینترنت به تصویری به شکل یک قرص گرد برخوردم که در آن فرمول های قانون اهم و قانون ژول-لنز و گزینه هایی برای تبدیل ریاضی فرمول ها با موفقیت قرار گرفته است. این صفحه نشان دهنده چهار بخش غیر مرتبط با یکدیگر است و برای استفاده عملی بسیار راحت است

با استفاده از جدول، به راحتی می توان فرمولی را برای محاسبه پارامتر مورد نیاز مدار الکتریکی با استفاده از دو مورد شناخته شده دیگر انتخاب کرد. به عنوان مثال، شما باید میزان مصرف جریان یک محصول را بر اساس توان و ولتاژ شناخته شده شبکه تغذیه تعیین کنید. با نگاهی به جدول در بخش فعلی، می بینیم که فرمول I=P/U برای محاسبه مناسب است.

و اگر باید ولتاژ تغذیه U را بر اساس توان مصرفی P و جریان I تعیین کنید، می توانید از فرمول بخش پایین سمت چپ، فرمول U=P/I استفاده کنید.

مقادیر جایگزین شده در فرمول ها باید بر حسب آمپر، ولت، وات یا اهم بیان شود.