Bir kapasitörün çalışmasını doğru bir şekilde temsil etmek için, içindeki davranışı tam olarak bilmek gerekir. Bu özel cihazların çalışmasının temeli onların özellikleridir. Performans göstergelerinden biri, formülü bu süreci oldukça doğru bir şekilde tanımlayan yüklü bir kapasitörün enerjisidir. Ek olarak, normal bir standart kapasitörün gerçekte ne olduğunu bilmeniz gerekir.

Bir kapasitörün tasarımı ve çalışma prensibi

Kondansatör adı, yoğunlaşma veya yoğunlaşma anlamına gelen Latince köklere sahiptir. İki kutbu vardır ve değişken veya sabit bir kapasitansa sahiptir. Kapasitörün ayırt edici özelliği düşük iletkenliğidir. Bu cihaz, belirli bir şarjın ve elektrik enerjisinin birikmesiyle ilgili ana işlevi yerine getirir.

Kapasitör pasif elektronik bileşenler kategorisine aittir. Tipik bir tasarım, bir dielektrikle ayrılmış plakalar şeklinde iki elektrot içerir. Kalınlığı, plaka adı verilen plakalardan önemli ölçüde daha azdır. Pratik kapasitörlerde plakalar ve elektrotlar birçok katmandan oluşur. Kural olarak, paralel uçlu veya silindir şeklinde sarılmış şeritler şeklinde değişirler.

Sabit akımda, devreye bir kapasitör bağlandığında şarj ve şarj gerçekleşir. Kapatıldıktan sonra içinden hiçbir akım geçmez. Alternatif akım devrelerinde, döngüsel şarj sırasında salınımlar gerçekleştirilir ve kapatma, bir ön akım kullanılarak gerçekleştirilir.

Kondansatör Enerji Değeri

Öncelikle elektriksel kapasitans gibi bir kavramı dikkate almak gerekir. Normal bir Explorer'da bu parametre neredeyse hiç kullanılmaz. Hepsinden önemlisi, özünde aynı zamanda bir iletken veya hatta bir iletken sistemi olan yüklü bir kapasitör için uygundur. Kapasitansa bağlı olarak, formülü değerini yansıtan yüklü kapasitörün enerjisi belirlenir.

Hemen hemen her kapasitör şarj edildikten sonra enerjiye sahip olmaya başlar. Kısa bir süre yandığını görmek için bir ampul bağlamanız yeterli. Bu, deşarj sırasında açığa çıkan belirli enerji rezervlerinin varlığını gösterir. Kapasitör plakalarının birbirleriyle etkileşime girdiği potansiyel enerji olarak ortaya çıkar. Bu plakalar birbirini çekebilecek zıt yüklere sahiptir.

Enerji değeri şarj miktarına, şebeke voltajına ve diğer faktörlere bağlıdır. Ne kadar çoksa o kadar yüksek enerjiye sahiptir.

Bir kapasitör şarj edilirken harici bir kaynak, yükleri pozitif ve negatif olarak ayırmak için enerji harcar. Kapasitör plakalarında yer alacak. Bu nedenle enerjinin korunumu yasasına göre hiçbir yerde kaybolmaz, kapasitörde kalır. Kapasitördeki enerji, plakalarında bulunan pozitif ve negatif yükler arasındaki etkileşim kuvveti şeklinde depolanır. Yani elektrik alanı şeklinde. Plakalar arasında yoğunlaşmıştır. Bu etkileşim bir plakayı diğerine çekme eğilimindedir, çünkü bilindiği gibi farklı yükler birbirini çeker.

Mekanikten bilindiği gibi F=mg, elektrikte benzer F=qE Kütlenin rolü yük tarafından oynanır ve çekici kuvvetin rolü alan gücü tarafından oynanır.

Bir elektrik alanında bir yükü hareket ettirme işi şuna benzer: :A=qEd1-qEd2=qEd

Öte yandan iş aynı zamanda potansiyel enerjiler arasındaki farka da eşittir. A=W1-W2=W.

Dolayısıyla bu iki ifadeyi kullanarak kapasitörde biriken potansiyel enerjinin şuna eşit olduğu sonucuna varabiliriz:

Formül 1 - Yüklü bir kapasitörün enerjisi

Formülün mekaniğin potansiyel enerjisine çok benzediğini fark etmek zor değil. W=mg.

Mekanikle bir benzetme yapacak olursak: Bir binanın çatısına yerleştirilmiş bir taş düşünün. Burada dünyanın kütlesi taşın kütlesiyle yerçekimi yoluyla etkileşime girer ve bina uzundur. H yer çekimi kuvvetine karşı koyar. Bina taşı yerinden çıkarıp düşerse potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşecektir.

Elektrostatikte, birbirini çekmeye çalışan iki zıt yük vardır; kalınlıktaki bir dielektrik ile karşı karşıyadırlar. D plakalar arasında bulunur. Plakaların birbirine kapatılması durumunda yükün potansiyel enerjisi kinetik enerjiye yani ısıya dönüşecektir.

Elektrik mühendisliğinde bu formdaki enerji formülü kullanılmaz. Bunu kapasitörün kapasitansı ve şarj edildiği voltaj cinsinden ifade etmek uygundur.

Kapasitörün yükü plakalarından birinin yüküyle belirlendiğinden, yarattığı alan gücü şuna eşit olacaktır: E/2. Toplam alan, her iki plakanın eşit olarak yüklendiğinde ancak zıt işaretle oluşturduğu alanlardan oluştuğundan.

Bu nedenle kapasitörün enerjisi şöyle olacaktır: W=q(E/2)d

« Fizik - 10. sınıf"

“Elektrik kapasitesi” “Elektrostatik” bölümünün son konusudur. Bu konuyla ilgili problemleri çözerken, elektrostatik çalışmalarından elde edilen tüm bilgilere ihtiyacınız olabilir: elektrik yükünün korunumu yasası, alan kuvveti ve potansiyel kavramları, iletkenlerin elektrostatik alandaki davranışı hakkında bilgi, alan hakkında dielektriklerdeki kuvvet, elektrostatik olaylarla ilgili olarak enerjinin korunumu yasası hakkında. Elektrik kapasitesi ile ilgili problemleri çözmenin ana formülü formül (14.22)'dir.

Görev 1.

U = 1000 V sabit voltaj kaynağına bağlı bir kapasitörün elektrik kapasitesi C 1 = 5 pF'ye eşittir. Plakaları arasındaki mesafe n = 3 kat azaldı. Kapasitör plakalarındaki yük değişimini ve elektrik alanın enerjisini belirleyin.

Çözüm.

Formül (14.22)'ye göre kapasitör yükü q = CU. Dolayısıyla yükteki değişiklik Δq - (C 2 - C)U = (nC 1 - C 1)U = (n - 1)C 1 U = 10 -8 C.

Elektrik alan enerjisindeki değişim

Görev 2.

Kapasitör şarjı q = 3 10 -8 C. Kapasitörün kapasitansı C = 10 pF. Bir kapasitörde bir elektronun bir plakadan diğerine geçerken kazandığı hızı belirleyin. Elektronun başlangıç ​​hızı sıfırdır. Spesifik elektron yükü

Çözüm.

Elektronun başlangıçtaki kinetik enerjisi sıfırdır ve sonuncusu eşittir Enerjinin korunumu yasasını uygulayın burada A, kapasitörün elektrik alanının işidir:

Buradan,

Nihayet

Görev 3.

C 1 = C 2 = 1 µF, C 3 = 3 µF, C 4 = 2 µF kapasitanslarına sahip dört kapasitör Şekil 14.46'da gösterildiği gibi bağlanır. A ve B noktalarına U = 140 V'luk bir gerilim verilmektedir. Her bir kondansatörün üzerindeki q1 yükünü ve U1 gerilimini belirleyiniz.

Yük ve voltajı belirlemek için öncelikle kapasitör bankasının kapasitesini buluyoruz. İkinci ve üçüncü kapasitörler C 2.3 = C 2 + C 3'ün eşdeğer kapasitansı ve C 1, C 2.3, C 4 kapasitanslarına sahip üç seri bağlı kapasitör olan tüm kapasitör bankasının eşdeğer kapasitansı, ilişkiden bulunur.

1/Sıra = 1/C 1 + 1/C 2,3 + 1/C 4, Sıra = (4/7) 10 -6 F.

Bu kapasitörlerdeki yükler aynıdır:

q 1 = q 2,3 = q 4 = Sıra = 8 10 -5 Cl.

Bu nedenle, ilk kapasitörün yükü q 1 = 8 10 -5 C'dir ve plakaları arasındaki potansiyel fark veya voltaj U 1 = q 1 / C 1 = 80 V'dir.

Dördüncü kapasitör için benzer şekilde q 4 = 8 · 10 -5 C, U 4 = q 4 /C 4 = 40 V'ye sahibiz.

İkinci ve üçüncü kapasitörlerdeki voltajı bulalım: U 2 = U 3 = q 2,3 / C 2,3 = 20 V.

Böylece, ikinci kapasitördeki yük q 2 = C 2 U 2 = 2 10-5 C ve üçüncü kapasitördeki yük q 3 = C 3 U 3 = 6 10 -5 C'dir. q 2,3 = q 2 + g 3 olduğuna dikkat edin.

Görev 4.

Kondansatörlerin kapasitansları biliniyorsa, Şekil (14.47a)'de gösterilen devredeki eşdeğer elektrik kapasitansını belirleyin.

Çözüm.

Çoğu zaman, eşdeğer elektrik kapasitansının belirlenmesinin gerekli olduğu problemleri çözerken, kapasitörlerin bağlantısı açık değildir. Bu durumda, devrede potansiyellerin eşit olduğu noktaları belirlemek mümkünse, bu noktaları bağlayabilir veya bu noktalara bağlı kapasitörleri ortadan kaldırabilirsiniz, çünkü bunlar yük biriktiremez (Δφ = 0) ve dolayısıyla, ücretlerin dağıtımında rol oynamazlar.

Şekil (14.47, a)'da gösterilen devrede, kapasitörlerin belirgin bir paralel veya seri bağlantısı yoktur, çünkü genel durumda φ A ≠ φ B ve C1 ve C2 kapasitörlerine farklı voltajlar uygulanır. Ancak karşılık gelen kapasitörlerin kapasitanslarının simetrisi ve eşitliği nedeniyle A ve B noktalarının potansiyellerinin eşit olduğunu not ediyoruz. Bu nedenle, örneğin A ve B noktalarını bağlamak mümkündür. Diyagram, Şekil (14.47, b)'de gösterilen forma dönüştürülür. Daha sonra C1 kapasitörleri ve C2 kapasitörleri paralel bağlanacak ve C eq, 1/C eq = 1/2C 1 + 1/2C 2 formülü ile belirlenecektir, buradan

Ayrıca devredeki SZ kapasitörünün varlığını da göz ardı edebilirsiniz, çünkü üzerindeki yük sıfırdır. Daha sonra diyagram Şekil (14.47,c)'de gösterilen forma dönüştürülür. Kondansatörler C1 ve C2 seri olarak bağlanmıştır, bu nedenle

C'eq'li eşdeğer kapasitörler paralel bağlanır, böylece eşdeğer kapasitans için sonunda aynı ifadeyi elde ederiz:

Görev 5.

Düz hava kapasitörünün enerjisi W 1 = 2 10 -7 J'dir. Aşağıdaki durumda, kapasitörün enerjisini dielektrik sabiti ε = 2 olan bir dielektrikle doldurduktan sonra belirleyin:

1) kapasitör güç kaynağından ayrılmıştır;

2) kapasitör güç kaynağına bağlanır.

Çözüm.

1) Kondansatörün güç kaynağıyla bağlantısı kesildiği için yükü q 0 sabit kalır. Kapasitörün doldurulduktan sonra dielektrikle doldurulmadan önceki enerjisi burada C 2 = εC 1.

Yüklü cisimlerden oluşan herhangi bir sistem gibi, kapasitörün de enerjisi vardır. İçinde düzgün bir alan bulunan yüklü bir düz kapasitörün enerjisini hesaplamak zor değildir.

Yüklü bir kapasitörün enerjisi.

Bir kondansatörü şarj etmek için pozitif ve negatif yükleri ayıracak çalışma yapılması gerekir. Enerjinin korunumu kanununa göre bu iş kapasitörün enerjisine eşittir. Yüklü bir kapasitörün enerjiye sahip olduğunu, onu birkaç voltluk bir voltaj için tasarlanmış akkor lamba içeren bir devre aracılığıyla boşaltırsanız doğrulayabilirsiniz (Şekil 4). Kapasitör boşaldığında lamba yanıp söner. Kapasitörün enerjisi başka biçimlere dönüştürülür: ısı, ışık.

Düz kapasitörün enerjisi için bir formül türetelim.

Plakalardan birinin yükünün yarattığı alan kuvveti şuna eşittir: E/2, Nerede e kapasitördeki alan gücüdür. Bir plakanın düzgün alanında bir yük var Q, başka bir plakanın yüzeyine dağıtılmıştır (Şekil 5). W p = qEd formülüne göre. düzgün bir alandaki bir yükün potansiyel enerjisi için kapasitörün enerjisi şuna eşittir:

Bu formüllerin sadece düz olan için değil, herhangi bir kapasitörün enerjisi için geçerli olduğu kanıtlanabilir.

Elektrik alan enerjisi.

Kısa menzilli etki teorisine göre, yüklü cisimler arasındaki etkileşimin tüm enerjisi bu cisimlerin elektrik alanında yoğunlaşmıştır. Bu, enerjinin alanın ana özelliği olan yoğunluk aracılığıyla ifade edilebileceği anlamına gelir.

Elektrik alan kuvveti potansiyel farkla doğru orantılı olduğundan

(U = Ed), o zaman formüle göre

kapasitörün enerjisi, içindeki elektrik alanın gücüyle doğru orantılıdır: W p ~ E 2 . Ayrıntılı bir hesaplama, birim hacim başına alan enerjisi için aşağıdaki değeri verir; enerji yoğunluğu için:

burada ε 0 elektrik sabitidir

Kapasitörlerin uygulanması.

Bir kapasitörün enerjisi genellikle çok yüksek değildir; yüzlerce joule'den fazla değildir. Ayrıca kaçınılmaz şarj sızıntısı nedeniyle uzun sürmez. Bu nedenle şarjlı kapasitörler, örneğin elektrik enerjisi kaynağı olarak pillerin yerini alamaz.

Ancak bu, enerji depolama cihazları olarak kapasitörlerin pratik kullanım almadığı anlamına gelmez. Önemli bir özellikleri var: kapasitörler az çok uzun bir süre boyunca enerji biriktirebilir ve düşük dirençli bir devre üzerinden deşarj olduklarında neredeyse anında enerji açığa çıkarırlar. Bu özellik pratikte yaygın olarak kullanılmaktadır.

Fotoğrafçılıkta kullanılan bir flaş lambası, özel bir pil tarafından önceden şarj edilen bir kapasitör deşarjının elektrik akımıyla çalıştırılır. Kuantum ışık kaynaklarının uyarılması - lazerler, yüksek kapasiteli kapasitörlerin pili boşaldığında flaşı meydana gelen bir gaz deşarj tüpü kullanılarak gerçekleştirilir.

Ancak kapasitörler çoğunlukla radyo mühendisliğinde kullanılır. Bununla 11. sınıfta tanışacaksınız.

Bir kapasitörün enerjisi, elektrik kapasitesi ve plakalar arasındaki voltajın karesi ile orantılıdır. Bütün bu enerji elektrik alanında yoğunlaşmıştır. Alan enerjisi yoğunluğu alan gücünün karesiyle orantılıdır.

Pirinç. 1 Şek. 2

DC AKIM YASALARI.

Pratikte sabit elektrik yükleri nadiren kullanılır. Elektrik yüklerinin bize hizmet edebilmesi için, bir elektrik akımı oluşturacak şekilde harekete geçirilmeleri gerekir. Elektrik akımı daireleri aydınlatır, makineleri harekete geçirir, radyo dalgaları yaratır ve tüm elektronik bilgisayarlarda dolaşır.

Yüklü parçacıkların hareketinin en basit durumuyla başlayacağız; doğru elektrik akımını düşünün.

ELEKTRİK. GÜNCEL GÜÇ

Elektrik akımı denilen şeyin kesin bir tanımını verelim.

Akımın niceliksel olarak hangi değerle karakterize edildiğini hatırlayalım.

Elektronların dairenizdeki kablolar arasında ne kadar hızlı hareket ettiğini bulalım.

Yüklü parçacıklar bir iletken içinde hareket ettiğinde elektrik yükü bir yerden başka bir yere aktarılır. Ancak yüklü parçacıklar rastgele termal harekete maruz kalırsa metaldeki serbest elektronlar, bu durumda yük aktarımı gerçekleşmez (Şekil 1). Bir elektrik yükü, bir iletkenin kesiti boyunca ancak rastgele hareketle birlikte elektronların düzenli harekete katılması durumunda hareket eder (Şekil 2). ). Bu durumda explorerın kurulu olduğunu söylüyorlar elektrik.

VIII.sınıf fizik dersinden bunu biliyorsunuz elektrik akımı yüklü parçacıkların düzenli (yönlendirilmiş) hareketidir.

Elektrik akımı serbest elektronların veya iyonların düzenli hareketinden kaynaklanır.

Genel olarak nötr bir cismi hareket ettirirseniz, çok sayıda elektronun ve atom çekirdeğinin düzenli hareketine rağmen elektrik akımı oluşmaz. Farklı işaretlerdeki yükler aynı ortalama hıza sahip olduğundan, iletkenin herhangi bir bölümünden aktarılan toplam yük sıfıra eşit olacaktır.

Elektrik akımının belirli bir yönü vardır. Akımın yönü pozitif yüklü parçacıkların hareket yönü olarak alınır. Akım negatif yüklü parçacıkların hareketiyle oluşuyorsa, akımın yönü parçacıkların hareket yönünün tersi olarak kabul edilir.

Akımın eylemleri. Bir iletken içindeki parçacıkların hareketini doğrudan görmeyiz. Elektrik akımının varlığı, ona eşlik eden eylemler veya olaylarla değerlendirilmelidir.

İlk önce, içinden akımın geçtiği iletken ısınır.

İkincisi, elektrik akımı iletkenin kimyasal bileşimini değiştirebilir,örneğin, kimyasal bileşenlerini (bakır, bir bakır sülfat çözeltisinden vb.) izole etmek için.

Üçüncü, akım, komşu akımlara ve mıknatıslanmış cisimlere bir kuvvet uygular. Bu eylemin adı manyetik. Böylece akım taşıyan bir iletkenin yakınındaki manyetik bir iğne döner. Akımın manyetik etkisi, kimyasal ve termal etkinin aksine, temeldir, çünkü istisnasız tüm iletkenlerde kendini gösterir. Akımın kimyasal etkisi yalnızca elektrolit çözeltilerinde ve eriyiklerinde gözlenir ve süper iletkenlerde ısıtma yoktur.

Mevcut güç.

Bir devrede bir elektrik akımı kurulursa, bu, iletkenin kesiti boyunca sürekli olarak bir elektrik yükünün aktarıldığı anlamına gelir. Birim zaman başına aktarılan yük, akımın ana niceliksel özelliği olarak hizmet eder ve buna akım gücü denir.

Böylece akım gücü yük oranına eşittir Q, bir zaman aralığı boyunca iletkenin kesiti boyunca aktarılır T, bu zaman aralığına. Akımın gücü zamanla değişmiyorsa akıma sabit denir.

Akımın gücü, tıpkı bir yük gibi,— miktar skalerdir. O gibi olabilir pozitif, yani ve olumsuz. Akımın işareti iletken boyunca hangi yönün pozitif olarak alındığına bağlıdır. Akımın yönü iletken boyunca geleneksel olarak seçilen pozitif yön ile çakışıyorsa, akım gücü /> 0. Aksi takdirde /< 0.

Akımın gücü, her bir parçacık tarafından taşınan yüke, parçacıkların konsantrasyonuna, yönsel hareketlerinin hızına ve iletkenin kesit alanına bağlıdır. Bunu gösterelim.

İletkenin (Şekil 3) alanı S olan bir kesiti olsun. İletkenin pozitif yönü olarak soldan sağa doğru yönü alalım. Her parçacığın yükü eşittir q 0.İletkenin hacminde 1 ve 2 numaralı kesitlerle sınırlıdır , içerdiği nSL parçacıklar, nerede P — parçacık konsantrasyonu. Toplam ücretleri q = q Q nSl. Parçacıklar ortalama hızla soldan sağa doğru hareket ediyorsa υ, sonra zamanla

Söz konusu hacimde bulunan tüm parçacıklar kesit 2'den geçecektir. . Bu nedenle mevcut güç:

formül (2) burada e— elektron yük modülü.

Örneğin, akım gücü I = 1 A ve iletkenin kesit alanı S = 10 -6 m2 olsun. Elektron yük modülü e = 1,6 - 10 -19 C. Her bakır atomunun değerlik elektronlarından biri kollektif ve serbest olduğundan, 1 m3 bakırdaki elektron sayısı bu hacimdeki atom sayısına eşittir. Bu sayı P= 8,5 10 28 m -3 Dolayısıyla,

İncir No.1. İncir No.2 Şekil No.3

ELEKTRİK AKIMININ VARLIĞI İÇİN GEREKLİ ŞARTLAR

Elektrik akımı oluşturmak için neye ihtiyaç vardır? Bunu kendiniz düşünün ve ancak o zaman bu paragrafı okuyun.

Bir maddede sabit bir elektrik akımının ortaya çıkması ve var olması için öncelikle serbest yüklü parçacıkların varlığı gereklidir. Pozitif ve negatif yükler atomlarda veya moleküllerde birbirine bağlıysa, bunların hareketi elektrik akımının ortaya çıkmasına yol açmayacaktır.

Ücretsiz yüklerin varlığı akımın oluşması için henüz yeterli değildir. Yüklü parçacıkların düzenli hareketini oluşturmak ve sürdürmek için, ikinci olarak, onlara belirli bir yönde etki eden bir kuvvet gereklidir. Bu kuvvetin etkisi sona ererse, yüklü parçacıkların düzenli hareketi, metallerin kristal kafesinin iyonları veya nötr elektrolit molekülleri tarafından hareketlerine sağlanan direnç nedeniyle duracaktır.

Yüklü parçacıklar, bildiğimiz gibi, bir kuvvete sahip bir elektrik alanı tarafından etkilenmektedir. . Yüklü parçacıkların düzenli hareketine neden olan ve bunu sürdüren, genellikle iletkenin içindeki elektrik alanıdır. Yalnızca statik durumda, yükler hareketsizken iletkenin içindeki elektrik alanı sıfırdır.

İletkenin içinde bir elektrik alanı varsa, o zaman formüle göre iletkenin uçları arasında bir potansiyel farkı vardır. Potansiyel fark zamanla değişmediğinde iletkende sabit bir elektrik akımı oluşur.İletken boyunca potansiyel, iletkenin bir ucundaki maksimum değerden diğer ucundaki minimum değere doğru azalır. Potansiyeldeki bu azalma basit bir deneyle tespit edilebilir.

İletken olarak çok kuru olmayan bir tahta çubuk alıp yatay olarak asalım. (Böyle bir çubuk, zayıf olmasına rağmen yine de akımı iletir.) Gerilim kaynağının elektrostatik bir makine olmasına izin verin.İletkenin farklı bölümlerinin toprağa göre potansiyelini kaydetmek için, çubuğa tutturulmuş metal folyo parçalarını kullanabilirsiniz. Makinenin bir direğini toprağa, ikincisini iletkenin (çubuk) bir ucuna bağlarız. Zincir açık olacak. Makinenin kolunu çevirdiğimizde tüm yaprak noktalarının aynı açıda saptığını göreceğiz (Şekil 1). ).

Bu potansiyel anlamına gelir herkes iletkenin yere göre noktaları aynıdır. İletken üzerindeki yükler dengede ise bu şekilde olması gerekir. Şimdi çubuğun diğer ucu topraklanırsa, makinenin kolu döndürüldüğünde resim değişecektir. (Toprak bir iletken olduğu için iletkenin topraklanması devrenin kapalı olmasını sağlar.) Topraklanan uçta yapraklar hiç ayrılmayacaktır: iletkenin bu ucunun potansiyeli neredeyse toprağın potansiyeline eşittir (potansiyel) metal teldeki düşüş küçüktür). Yaprakların maksimum ayrılma açısı makineye bağlanan iletkenin ucunda olacaktır (Şekil 2). Yaprakların makineden uzaklaştıkça ayrılma açısındaki azalma, iletken boyunca potansiyelde bir düşüş olduğunu gösterir.

Elektrik yalnızca aşağıdakileri içeren bir maddeden elde edilebilir: serbest yüklü parçacıklar. Hareket etmeye başlamaları için kaşifte oluşturmanız gerekir Elektrik alanı.

İncir No. 1 İncir No. 2

BİR DEVRE BÖLÜMÜ İÇİN OHM YASASI. REZİSTANS

Ohm kanunu VIII. sınıfta çalışıldı. Bu yasa basit ama o kadar önemli ki tekrarlanması gerekiyor.

Volt-amper özellikleri.

Önceki paragrafta, bir iletkende akımın varlığı için uçlarında potansiyel bir fark yaratılmasının gerekli olduğu tespit edilmiştir. İletkendeki akım gücü bu potansiyel farkla belirlenir. Potansiyel fark ne kadar büyük olursa, iletkendeki elektrik alan kuvveti de o kadar büyük olur ve sonuç olarak yüklü parçacıkların yönsel hareketinin hızı da o kadar büyük olur. Formüle göre bu, mevcut gücün artması anlamına gelir.

Her iletken için (katı, sıvı ve gaz), akım gücünün iletkenin uçlarında uygulanan potansiyel farkına belirli bir bağımlılığı vardır. Bu bağımlılık sözde şu şekilde ifade edilir: iletkenin volt - amper karakteristiği.İletkendeki akım kuvvetinin çeşitli gerilim değerlerinde ölçülmesiyle bulunur. Akım-gerilim karakteristiğinin bilgisi, elektrik akımının incelenmesinde büyük rol oynar.

Ohm kanunu.

En basit şekli metal iletkenlerin ve elektrolit çözeltilerinin volt-amper karakteristiğidir. İlk kez Alman bilim adamı Georg Ohm tarafından (metaller için) kuruldu, bu nedenle akımın voltaja bağımlılığı denir. Ohm kanunu.Şekil 109'da gösterilen devrenin kesitinde akım 1. noktadan 2. noktaya yönlendirilmektedir. . İletkenin uçlarındaki potansiyel fark (gerilim) şuna eşittir: U = φ 1 - φ 2. Akım soldan sağa doğru yönlendirildiğinden elektrik alan şiddeti de aynı yöndedir ve φ 1 > φ 2

Ohm yasasına göre, bir devrenin bir bölümü için akım gücü, uygulanan voltaj U ile doğru orantılıdır ve iletken direnci R ile ters orantılıdır:

Ohm yasası oldukça basit bir yapıya sahiptir ancak geçerliliğini deneysel olarak kanıtlamak oldukça zordur. Gerçek şu ki, metal iletkenin bir bölümündeki potansiyel fark, yüksek akım gücünde bile iletkenin direnci düşük olduğundan küçüktür.

Söz konusu elektrometre bu kadar düşük voltajları ölçmek için uygun değildir; hassasiyeti çok düşüktür. Kıyaslanamayacak kadar hassas bir cihaza ihtiyaç var. Daha sonra ampermetre ile akımı, hassas bir elektrometre ile voltajı ölçerek akımın voltajla doğru orantılı olduğundan emin olabilirsiniz. Gerilimi ölçmek için geleneksel aletlerin (voltmetreler) kullanımı Ohm yasasının kullanımına dayanmaktadır.

Bir voltmetre olan cihazın çalışma prensibi ampermetre ile aynıdır. Cihaz okunun dönme açısı akım gücüyle orantılıdır. Voltmetreden geçen akımın gücü, bağlı olduğu devrenin noktaları arasındaki voltajla belirlenir. Bu nedenle voltmetrenin direncini bilerek voltajı akım gücüne göre belirleyebilirsiniz. Uygulamada cihaz, voltajı anında volt cinsinden gösterecek şekilde kalibre edilir.

Rezistans. Bir iletkenin temel elektriksel özelliği dirençtir. Belirli bir voltajda iletkendeki akım gücü bu değere bağlıdır. Bir iletkenin direnci, iletkenin içinde elektrik akımı oluşmasına karşı gösterdiği direncin bir ölçüsüdür. Ohm yasasını kullanarak bir iletkenin direncini belirleyebilirsiniz:

Bunu yapmak için voltajı ve akımı ölçmeniz gerekir.

Direnç iletkenin malzemesine ve geometrik boyutlarına bağlıdır. Sabit kesit alanı S olan l uzunluğunda bir iletkenin direnci şuna eşittir:

burada p, maddenin türüne ve durumuna (öncelikle sıcaklığa) bağlı bir değerdir. p değerine denir iletkenin spesifik direnci. Direnç kenarı olan küp şeklinde bir iletkenin direncine sayısal olarak eşittir 1m, Akım küpün iki zıt yüzüne normal boyunca yönlendirilirse.

İletken direnci birimi Ohm kanununa göre belirlenir ve ohm olarak adlandırılır. Nick telinin direnci var 1Ohm, potansiyel farkta ise 1V içindeki mevcut güç 1 A.

Direnç birimi 1 Ohm?m. Metallerin direnci düşüktür. Dielektrikler çok yüksek dirence sahiptir. Ana sayfadaki tabloda bazı maddeler için direnç değerlerinin örnekleri verilmektedir.

Ohm yasasının anlamı.

Ohm kanunu, belirli bir voltajda ve bilinen dirençte bir elektrik devresindeki akım gücünü belirler. Akımın gücüne bağlı olduğundan akımın termal, kimyasal ve manyetik etkilerini hesaplamanıza olanak tanır. Ohm kanunundan, geleneksel bir aydınlatma ağını düşük dirençli bir iletkenle kapatmanın tehlikeli olduğu anlaşılmaktadır. Akıntı o kadar güçlü olacak ki ciddi sonuçlara yol açabilir.

Ohm kanunu tüm doğru akım elektrik mühendisliğinin temelidir. Formülün iyi anlaşılması ve sıkı bir şekilde hatırlanması gerekir.

ELEKTRİK DEVRELERİ. SERİ VE PARALEL İLETKEN BAĞLANTILARI

Enerji, bir akım kaynağından teller aracılığıyla enerji tüketen cihazlara aktarılabilir: bir elektrik lambası, bir radyo alıcısı vb. Bunun için elektrik devreleri değişen karmaşıklığa sahiptir. Bir elektrik devresi, bir enerji kaynağından, elektrik enerjisini tüketen cihazlardan, bağlantı kablolarından ve devreyi tamamlayan anahtarlardan oluşur. Sıklıkla Ve elektrik devresi akım gücünü kontrol eden cihazları içerir Ve devrenin çeşitli yerlerindeki voltaj, ampermetreler ve voltmetreler.

İletkenlerin en basit ve en yaygın bağlantıları seri ve paralel bağlantıları içerir.

İletkenlerin seri bağlantısı.

Seri bağlantıda elektrik devresinde dal yoktur. Tüm iletkenler devreye birbiri ardına bağlanır. Şekil 1, iki iletken 1 ve 2'nin seri bağlantısını göstermektedir , R1 direncine sahip ve R2. Bunlar iki lamba, bir elektrik motorunun iki sargısı vb. Olabilir.

Her iki iletkendeki akım gücü aynıdır, yani (1)

çünkü iletkenlerde doğru akım durumunda elektrik yükü birikmez ve aynı yük belirli bir süre boyunca iletkenin herhangi bir kesitinden geçer.

Söz konusu devrenin bölümünün uçlarındaki voltaj, birinci ve ikinci iletkenlerdeki voltajların toplamıdır:

Bu basit ilişkinin kanıtını kendi başınıza halledebileceğinizi umuyoruz.

Ohm yasasını bir bütün olarak tüm kesite ve dirençli bölümlere uygulamak R1 Ve R2, seri bağlandığında devrenin tüm bölümünün toplam direncinin şuna eşit olduğu kanıtlanabilir:

Bu kural seri bağlı herhangi bir sayıda iletkene uygulanabilir.

Seri bağlantıda iletkenlerdeki gerilimler ve dirençleri aşağıdaki ilişkiyle ilişkilidir:

Bu eşitliği kanıtlayın.

İletkenlerin paralel bağlantısı.

Şekil 2, iki iletken 1 ve 2'nin dirençli paralel bağlantısını göstermektedir R1 Ve R2. Bu durumda elektrik akımı 1 iki parçaya ayrılır. Birinci ve ikinci iletkenlerdeki akım gücünü I 1 ve I 2 ile gösteririz. O zamandan beri A- iletkenlerin dallanması (bu noktaya denir düğüm) - elektrik yükü birikmiyorsa, birim zamanda düğüme giren yük, aynı anda düğümden çıkan yüke eşittir. Bu nedenle ben = ben 1 + ben 2

Paralel bağlanan iletkenlerin uçlarındaki U voltajı aynıdır.

Aydınlatma ağı 220 veya 127 V voltajı korur. Elektrik enerjisi tüketen cihazlar bu voltaj için tasarlanmıştır. Bu nedenle paralel bağlantı, farklı tüketicileri birbirine bağlamanın en yaygın yoludur. Bu durumda bir cihazın arızası diğerlerinin çalışmasını etkilemezken seri bağlantıda bir cihazın arızası devreyi açar.

Ohm yasasını bir bütün olarak tüm kesite ve R1 ve R dirençli bölümlere uygulamak 2 , bölümün empedansının karşılıklı olduğu kanıtlanabilir ab, bireysel iletkenlerin dirençlerinin karşılıklı değerlerinin toplamına eşittir:

İletkenlerin her birindeki akım gücü ve iletkenlerin paralel bağlantıdaki direnci şu ilişkiyle ilişkilidir:

Bir devrede çeşitli iletkenler birbirine seri veya paralel olarak bağlanır. İlk durumda akım gücü tüm iletkenlerde aynıdır, ikinci durumda ise iletkenlerdeki gerilimler aynıdır. Çoğu zaman, çeşitli mevcut tüketiciler aydınlatma ağına paralel olarak bağlanır.

AKIM VE GERİLİM ÖLÇÜMÜ

Herkes ampermetreyle akımı, voltmetreyle voltajı ölçmeyi bilmelidir.

Mevcut ölçüm.

Bir iletkendeki akım şiddetini ölçmek için bu iletkene seri olarak bir ampermetre bağlanır.(Şekil 1). Ancak ampermetrenin kendisinin de bir miktar dirence sahip olduğunu aklınızda tutmanız gerekir. Ra. Bu nedenle ampermetre açıkken devre bölümünün direnci artar ve sabit voltajda Ohm kanununa göre akım azalır. Ampermetrenin ölçtüğü akıma mümkün olduğunca az etki etmesi için direnci çok küçük yapılır. Bu unutulmamalıdır ve asla ampermetreyi prize bağlayarak aydınlatma ağındaki akımı ölçmeye çalışmayın. olacak kısa devre; Cihazın direnci düşük olan akım gücü o kadar büyük bir değere ulaşacak ki ampermetrenin sargısı yanacaktır.

Gerilim ölçümü.

Dirençli bir devrenin bir bölümündeki voltajı ölçmek için R, Buna paralel olarak bir voltmetre bağlanır. Voltmetre üzerindeki voltaj devre bölümündeki voltajla çakışmaktadır (Şekil 2).

Voltmetre direnci ise RB, daha sonra devreye bağladıktan sonra bölümün direnci artık olmayacaktır. R, A . Bu nedenle devre bölümünde ölçülen gerilim düşecektir. Voltmetrenin ölçülen voltajda gözle görülür bozulmalar yaratmaması için direnci, voltajın ölçüldüğü devre bölümünün direnciyle karşılaştırıldığında büyük olmalıdır. Voltmetre, yalnızca ağ voltajını aşan bir voltaj için tasarlanmışsa, yanma riski olmadan ağa bağlanabilir.

Ampermetre, akımın ölçüldüğü iletkene seri olarak bağlanır. Voltmetre, voltajın ölçüldüğü iletkene paralel olarak bağlanır.

DC ÇALIŞMA VE GÜÇ

Elektrik akımı enerji taşıdığı için çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu enerji herhangi bir forma dönüştürülebilir.

Yüklü parçacıkların bir iletken içindeki düzenli hareketi ile elektrik alanı işe yarıyor; genellikle buna denir mevcut çalışma.Şimdi fizik dersinden iş ve mevcut güçle ilgili bilgileri hatırlayacağız. VIII sınıf.

Güncel çalışma.

Zincirin keyfi bir bölümünü ele alalım. Bu homojen bir iletken olabilir, örneğin bir akkor lambanın filamanı, bir elektrik motorunun sargısı vb. t süresi boyunca iletkenin kesitinden bir q yükünün geçmesine izin verin. O zaman elektrik alanı işi yapacak bir=qU.

Mevcut güçten beri , o zaman bu iş şuna eşittir:

Akımın devrenin bir bölümünde yaptığı iş, akımın, voltajın ve işin yapıldığı zamanın çarpımına eşittir.

Enerjinin korunumu yasasına göre bu iş, devrenin söz konusu bölümünün enerjisindeki değişime eşit olmalıdır. Bu nedenle devrenin belirli bir bölümünde zamanla açığa çıkan enerji Şurada: akımın çalışmasına eşittir (bkz. formül (1)).

Devrenin bir bölümünde herhangi bir mekanik çalışma yapılmıyorsa ve akım kimyasal etki yaratmıyorsa yalnızca iletkenin ısınması meydana gelir. Isıtılmış bir iletken çevredeki cisimlere ısı verir.

İletkenin ısıtılması aşağıdaki gibi gerçekleşir. Elektrik alanı elektronları hızlandırır. Kristal kafesin iyonlarıyla çarpıştıktan sonra enerjilerini iyonlara aktarırlar. Sonuç olarak iyonların denge konumları etrafındaki rastgele hareket enerjisi artar. Bu, iç enerjinin artması anlamına gelir. Aynı zamanda iletkenin sıcaklığı yükselir ve çevredeki cisimlere ısı aktarmaya başlar. Devre kapatıldıktan kısa bir süre sonra süreç kurulur ve zamanla sıcaklık değişimi durur. Elektrik alanının çalışması nedeniyle iletkene sürekli olarak enerji verilir. Ancak iletken çevredeki cisimlere akımın çalışmasına eşit miktarda ısı aktardığından iç enerjisi değişmeden kalır. Böylece, akımın çalışması için formül (1), iletken tarafından diğer cisimlere aktarılan ısı miktarını belirler.

Formül (1)'de devrenin bir bölümü için Ohm yasasını kullanarak gerilimi akım cinsinden veya akımı gerilim cinsinden ifade edersek, üç eşdeğer formül elde ederiz:

(2)

A = I 2 R t formülünün iletkenleri seri olarak bağlamak için kullanılması uygundur, çünkü bu durumda akım gücü tüm iletkenlerde aynıdır. Paralel bağlantı için aşağıdaki formül uygundur: , Çünkü tüm iletkenlerdeki voltaj aynıdır.

Joule-Lenz yasası.

Akımlı bir iletkenin çevreye yaydığı ısı miktarını belirleyen yasa, ilk kez İngiliz bilim adamı D. Joule (1818-1889) ve Rus bilim adamı E. H. Lenz (1804-1865) tarafından deneysel olarak oluşturulmuştur. Joule-Lenz yasası şu şekilde formüle edildi: Akım taşıyan bir iletkenin ürettiği ısı miktarı, akımın karesinin, iletkenin direncinin ve akımın iletkenden geçmesi için geçen sürenin çarpımına eşittir:

(3)

Bu yasayı enerjinin korunumu yasasına dayanan akıl yürütmeyi kullanarak elde ettik. Formül (3), herhangi bir iletken içeren devrenin herhangi bir bölümünde üretilen ısı miktarını hesaplamanıza olanak tanır.

Mevcut güç.

Herhangi bir elektrikli cihaz (lamba, elektrik motoru) birim zamanda belirli bir enerji tüketecek şekilde tasarlanmıştır. Bu nedenle çalışma kavramının yanı sıra mevcut güç. Mevcut güç, mevcut işin zaman içindeki oranına eşittirt bu zaman aralığına.

Bu tanıma göre

(4)

Devrenin bir bölümü için Ohm yasasını kullanırsak, güç için bu ifade birkaç eşdeğer biçimde yeniden yazılabilir:

Çoğu cihaz güç tüketimini gösterir.

Elektrik akımının bir iletkenden geçişine, içindeki enerjinin salınması eşlik eder. Bu enerji, akımın çalışmasıyla belirlenir: iletkenin uçlarındaki aktarılan yük ile voltajın çarpımı.

ELEKTRİK HAREKET GÜCÜ.

Herhangi bir akım kaynağı elektromotor kuvvet veya EMF ile karakterize edilir. Yani yuvarlak bir el feneri pilinde şöyle yazıyor: 1,5 V. Bu ne anlama geliyor?

Zıt işaretli yükleri taşıyan iki metal topu bir iletkenle bağlayın. Bu yüklerin elektrik alanının etkisi altında iletkende bir elektrik akımı ortaya çıkar (Şekil 1). Ancak bu akım çok kısa vadeli olacaktır. Yükler hızla nötralize edilir, topların potansiyelleri aynı hale gelir ve elektrik alanı kaybolur.

Dış güçler.

Akımın sabit olması için toplar arasında sabit bir voltajın korunması gerekir. Bu bir cihaz gerektirir (akım kaynağı), Bu, yükleri bir toptan diğerine, topların elektrik alanından bu yüklere etki eden kuvvetlerin yönünün tersi yönde hareket ettirecektir. Böyle bir cihazda, elektriksel kuvvetlere ek olarak, yüklerin elektrostatik olmayan kuvvetler tarafından da etkilenmesi gerekir (Şekil 2). Yüklü parçacıkların elektrik alanı (Coulomb alanı) tek başına devrede sabit bir akımı sürdürememektedir.

Elektrostatik kökenli kuvvetler (yani Coulomb) haricinde, elektrik yüklü parçacıklara etki eden tüm kuvvetlere dış kuvvetler denir.

Enerjinin korunumu yasasına dönersek, devrede sabit bir akımı sürdürmek için dış kuvvetlerin gerekliliğine ilişkin sonuç daha da belirgin hale gelecektir. Elektrostatik alan potansiyeldir. Yüklü parçacıkları kapalı bir elektrik devresi boyunca hareket ettirirken bu alanın çalışması sıfırdır. Akımın iletkenlerden geçişine enerji salınımı eşlik eder - iletken ısınır. Sonuç olarak, herhangi bir devrede, onu devreye besleyen bir enerji kaynağının bulunması gerekir. İçinde Coulomb kuvvetlerine ek olarak üçüncü taraf potansiyel olmayan güçlerin de hareket etmesi gerekiyor. Bu kuvvetlerin kapalı bir döngü boyunca yaptığı iş sıfırdan farklı olmalıdır. Yüklü parçacıkların akım kaynağı içinde enerji elde etmesi ve daha sonra bunu elektrik devresinin iletkenlerine vermesi, bu kuvvetler tarafından iş yapma sürecindedir.

Üçüncü taraf kuvvetleri, tüm mevcut kaynakların içindeki yüklü parçacıkları harekete geçirir: enerji santrallerindeki jeneratörlerde, galvanik hücrelerde, pillerde vb.

Bir devre kapatıldığında devrenin tüm iletkenlerinde bir elektrik alanı oluşur. Akım kaynağının içinde yükler, dış kuvvetlerin etkisi altında Coulomb kuvvetlerine (elektronlar pozitif yüklü bir elektrottan negatif olana) doğru hareket eder. ve devrenin geri kalanı boyunca bir elektrik alanı tarafından yönlendirilirler (bkz. Şekil 2).

Elektrik akımı ile sıvı akışı arasındaki analoji.

Akım üretim mekanizmasını daha iyi anlamak için, bir iletkendeki elektrik akımı ile sıvının borulardan akışı arasındaki benzerliğe dönelim.

Yatay bir borunun herhangi bir bölümünde, bölümün uçlarındaki basınç farkından dolayı sıvı akar. Sıvı azalan basınç yönünde hareket eder. Ancak bir sıvıdaki basınç kuvveti, Coulomb kuvvetleri gibi potansiyel olan bir tür esneklik kuvvetidir. Bu nedenle kapalı bir yol üzerinde bu kuvvetlerin işi sıfırdır ve bu kuvvetler tek başına sıvının borular içerisinde uzun süreli sirkülasyonuna neden olamaz. Sıvı akışına sürtünme kuvvetlerinin etkisinden dolayı enerji kayıpları eşlik eder. Suyu sirküle etmek için bir pompaya ihtiyaç vardır.

Bu pompanın pistonu sıvı parçacıklara etki ederek pompanın giriş ve çıkışında sabit bir basınç farkı oluşturur (Şekil 3). Bu, sıvının borudan akmasını sağlar. Pompa bir akım kaynağına benzer ve dış kuvvetlerin rolü, hareketli pistondan suya etki eden kuvvet tarafından oynanır. Pompanın içinde sıvı, düşük basınçlı alanlardan yüksek basınçlı alanlara doğru akar. Basınç farkı voltaja benzer.

Dış kuvvetlerin doğası.

Dış kuvvetlerin doğası değişebilir. Enerji santrali jeneratörlerinde, harici bir kuvvet, hareketli bir iletkendeki elektronlar üzerinde manyetik alandan etki eden bir kuvvettir. Bu konu VIII. sınıf fizik dersinde kısaca tartışılmıştı.

Galvanik bir hücrede, örneğin bir Volta hücresinde, kimyasal kuvvetler etki eder. Volta hücresi, sülfürik asit çözeltisine yerleştirilen çinko ve bakır elektrotlardan oluşur. Kimyasal kuvvetler çinkonun asitte çözünmesine neden olur. Pozitif yüklü çinko iyonları çözeltiye geçer ve çinko elektrotun kendisi negatif yüklü hale gelir. (Bakır, sülfürik asitte çok az çözünür.) Çinko ve bakır elektrotlar arasında, kapalı bir elektrik devresindeki akımı belirleyen bir potansiyel farkı ortaya çıkar.

Elektrik hareket gücü.

Dış kuvvetlerin etkisi, elektromotor kuvvet (kısaltılmış EMF) adı verilen önemli bir fiziksel miktarla karakterize edilir.

Kapalı bir devredeki elektromotor kuvvet, bir yükü devre boyunca hareket ettirirken dış kuvvetlerin yaptığı işin yüke oranıdır:

Elektromotor kuvvet volt cinsinden ifade edilir.

Devrenin herhangi bir yerinde elektromotor kuvvetten bahsedebiliriz. Bu, tüm devre boyunca değil, yalnızca belirli bir alanda dış kuvvetlerin (bir birim yükü hareket ettirme işi) özel işidir. Galvanik hücrenin elektromotor kuvveti Bir elemanın içindeki tek bir pozitif yükü bir kutuptan diğerine hareket ettirirken dış kuvvetlerin yaptığı iş vardır. Dış kuvvetlerin işi potansiyel farkla ifade edilemez çünkü dış kuvvetler potansiyel değildir ve işleri yörüngenin şekline bağlıdır. Dolayısıyla, örneğin, bir yükü, kaynağın dışındaki bir akım kaynağının terminalleri arasında hareket ettirirken dış kuvvetlerin işi sıfırdır.

Artık EMF'nin ne olduğunu biliyorsunuz. Pil 1,5 V diyorsa, bu, 1 C'lik bir yükü pilin bir kutbundan diğerine hareket ettirirken dış kuvvetlerin (bu durumda kimyasal) 1,5 J iş yaptığı anlamına gelir. Kapalı bir devrede hiçbir dış kuvvet etki etmiyorsa, yani EMF yoksa doğru akım mevcut olamaz.

Şekil No. 1 Şekil No. 2 Şekil No. 3

TAM BİR DEVRE İÇİN OHM YASASI

Elektromotor kuvvet, bilinen bir dirence sahip kapalı bir elektrik devresindeki akım gücünü belirler.

Enerjinin korunumu yasasını kullanarak mevcut gücün EMF ve dirence bağımlılığını bulacağız.

Bir akım kaynağından (galvanik hücre, pil veya jeneratör) ve dirençli bir dirençten oluşan en basit tam (kapalı) devreyi ele alalım. R(Şekil 1). Akım kaynağının bir emk'si ε ve bir direnci r vardır. Kaynak direnci, devrenin dış direnci R'nin aksine genellikle iç direnç olarak adlandırılır. Bir jeneratörde r, sargıların direncidir ve galvanik hücrede, elektrolit çözeltisinin ve elektrotların direncidir.

Ohm'un kapalı devre yasası devredeki akımı, emk'yi ve devrenin toplam direnci R + r. Enerjinin korunumu yasasını ve Joule-Lenz yasasını kullanırsak bu bağlantı teorik olarak kurulabilir.

Zaman almasına izin ver T iletkenin kesitinden bir elektrik yükü geçecektir Q. O zaman bir yükü hareket ettirirken dış kuvvetlerin işi?q şu şekilde yazılabilir: A st = ε · q. Akım kuvveti tanımına göre q = It . Bu yüzden

(1)

Bu çalışmayı devrenin iç ve dış kısımlarında yaparken direnci r ve R, bir miktar ısı açığa çıkar. Joule-Lenz yasasına göre şuna eşittir:

S = ben 2Rt + ben 2 rT.(2)

Enerjinin korunumu yasasına göre A = Q. (1) ve (2)'yi eşitleyerek şunu elde ederiz:

ε = IR + Ir(3)

Bir devre bölümünün akım ve direncinin çarpımına genellikle denir. Bu alanda voltaj düşüşü. Böylece EMF, kapalı devrenin iç ve dış kısımlarındaki voltaj düşüşlerinin toplamına eşittir.

Genellikle Ohm'un kapalı devre yasası şu şekilde yazılır:

(4)

İletkenin elektrik kapasitesi.

Elektrik kapasitesi- Bir iletkenin özelliği, elektrik yükünü biriktirme yeteneğinin ölçüsü. Elektrik devresi teorisinde kapasitans, iki iletken arasındaki karşılıklı kapasitanstır; iki terminalli bir ağ şeklinde sunulan bir elektrik devresinin kapasitif elemanının parametresi. Bu kapasitans, elektrik yükünün büyüklüğünün bu iletkenler arasındaki potansiyel farkına oranı olarak tanımlanır.

Kapasitör. Paralel plakalı kapasitörün kapasitansı.

Kapasitörlerin bağlantısı.

Kapasitörlerin paralel bağlantısı
Kapasitör plakaları çiftler halinde bağlanır, yani. sistemde yeni kapasitörün plakalarını temsil eden iki yalıtımlı iletken kalır
Çözüm: Kapasitörleri paralel bağlarken a) masraflar toplanır, b) gerilimler aynıdır, c) kaplar katlanır. O., toplam kapasitans paralel bağlı kapasitörlerden herhangi birinin kapasitansından daha büyüktür
Kondansatörlerin seri bağlantısı
Yalnızca bir bağlantı yapılır ve kalan iki plaka - biri C 1 kondansatöründen, diğeri C 2 kondansatöründen - yeni kapasitörün plakalarının rolünü oynar.
Çözüm: Kondansatörleri seri bağlarken a) stresler artarsa, b) ücretlerin aynı olması, c) kapasitansların karşılıklıları eklenir. O., toplam kapasitans seri bağlı kapasitörlerden herhangi birinin kapasitansından daha azdır.

Kapasitörde depolanan enerji.

Bir kapasitör şarj edilirken harici bir kaynak, yükleri pozitif ve negatif olarak ayırmak için enerji harcar. Kapasitör plakalarında yer alacak. Bu nedenle enerjinin korunumu yasasına göre hiçbir yerde kaybolmaz, kapasitörde kalır. Kapasitördeki enerji, plakalarında bulunan pozitif ve negatif yükler arasındaki etkileşim kuvveti şeklinde depolanır. Yani elektrik alanı şeklinde. Plakalar arasında yoğunlaşmıştır. Bu etkileşim bir plakayı diğerine çekme eğilimindedir, çünkü bilindiği gibi farklı yükler birbirini çeker.

Mekanikten bilindiği gibi F=mg, elektrikte benzer F=qE Kütlenin rolü yük tarafından oynanır ve çekici kuvvetin rolü alan gücü tarafından oynanır.

Bir elektrik alanında bir yükü hareket ettirme işi şuna benzer: :A=qEd1-qEd2=qEd

Öte yandan iş aynı zamanda potansiyel enerjiler arasındaki farka da eşittir. A=W1-W2=W.

Dolayısıyla bu iki ifadeyi kullanarak kapasitörde biriken potansiyel enerjinin şuna eşit olduğu sonucuna varabiliriz:

Formül 1 - Yüklü bir kapasitörün enerjisi

Formülün mekaniğin potansiyel enerjisine çok benzediğini fark etmek zor değil. W=mg.

Mekanikle bir benzetme yapacak olursak: Bir binanın çatısına yerleştirilmiş bir taş düşünün. Burada dünyanın kütlesi taşın kütlesiyle yerçekimi yoluyla etkileşime girer ve bina uzundur. H yer çekimi kuvvetine karşı koyar. Bina taşı yerinden çıkarıp düşerse potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşecektir.

Elektrostatikte, birbirini çekmeye çalışan iki zıt yük vardır; kalınlıktaki bir dielektrik ile karşı karşıyadırlar. D plakalar arasında bulunur. Plakaların birbirine kapatılması durumunda yükün potansiyel enerjisi kinetik enerjiye yani ısıya dönüşecektir.

Elektrik mühendisliğinde bu formdaki enerji formülü kullanılmaz. Bunu kapasitörün kapasitansı ve şarj edildiği voltaj cinsinden ifade etmek uygundur.

Kapasitörün yükü plakalarından birinin yüküyle belirlendiğinden, yarattığı alan gücü şuna eşit olacaktır: E/2. Toplam alan, her iki plakanın eşit olarak yüklendiğinde ancak zıt işaretle oluşturduğu alanlardan oluştuğundan.

Bu nedenle kapasitörün enerjisi şöyle olacaktır: W=q(E/2)d

Gerilim, gerilim ve mesafe cinsinden ifade edilebildiğinden (U=Ed) Bunu formülümüze koyarsak şunu elde ederiz: W=qU/2

Şimdi kapasite ifadesini kullanarak, C=q/U nihai sonucu elde ederiz.

Yüklü bir kapasitörün enerjisi şu şekildedir:

Elektrik alan enerjisi.

Elektrik alanın enerjisi vardır. Bu enerjinin yoğunluğu alan kuvveti ile belirlenir ve aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilir:

Elektrik alan enerjisi.Yüklü bir kapasitörün enerjisi, plakalar arasındaki boşluktaki elektrik alanını karakterize eden nicelikler cinsinden ifade edilebilir. Bunu düz kapasitör örneğini kullanarak yapalım. Kapasitans ifadesini kapasitör enerjisi formülünde değiştirmek, şunu verir:
Özel sen / Dboşluktaki alan gücüne eşit; işS· Dhacmi temsil ederValan tarafından işgal edilmiştir. Buradan,