Лекц-1 Цахилгаан хэлхээ түүний үндсэн ойлголт.Тогтмол гүйдлийн цахилгаан хэлхээ,Омын хууль

Posted by : Unknown 2014-11-22

Агуулга:

Цахилгаан хэлхээ үүсгүүр,
Гүйдлийн хүч
Хүчдэл
Чадал
Энерги
Эсэргүүцэл
Омын хууль

Зураг 1.1 Энгийн цахилгаан хэлхээ

1.1 Цахилгаан хэлхээ.

Цахилгаан энергийн эх үүсгүүрийг хэрэглэгчтэй холбовол битүү цахилгаан хэлхээ үүсч цахилгаан цэнэгүүдийн урсгал бий болж хэлхээгээр гүйдэл гүйнэ.Хэлхээг байнгын гүйдэлтэй байлгахын тулд цахилгааны тогтмол эх үүсгэвэр шаардлагатай.

Цахилгаан үүсгэвэр / генератор / нь химийн, дулааны, гэрлийн болон механик энергийг цахилгаан энергид шилжүүлнэ.Жишээ нь гальваник элемент, дулааны элемент, фотоэлемент, генератор гэх мэт

Хэрэглэгч нь цахилгаан энергийг дулааны, механик, гэрлийн гэх мэт бусад төрлийн энергид хувиргаж ашиглана.Ж/нь халаагуур, хөдөлгүүр, чийдэн гэх мэт

Цахилгаан хэлхээ нь цахилгаан үүсгэвэр, хэрэглэгч, дамжуулагч утаснаас бүрдэнэ.Цахилгаан хэлхээ нь нэг буюу хэд хэдэн үүсгэвэр хэрэглэгчтэй байж болно.Үүнээс гадна төрөл бүрийн хамгаалалтын төхөөрөмжүүд, хэмжүүрийн болон залгах, салгах багаж аппаратууд байна.

Цахилгаан схем нь хэлхээг бүрдүүлж байгаа элементүүдийг томъёолсон тэмдгээр үзүүлнэ.Зураг 1.1 –д энгийн цахилгаан хэлхээний схемийг харуулав.

Цахилгаан гүйдэл

Электронуудын нэгэн чиглэлтэй хөдөлгөөн нь цахилгаан гүйдлийг бий болгодог.Үүнтэй төстэй ус, агаар нь усны болон агаарын урсгалыг бий болгоно. Цахилгаан гүйдлийг дамжуулж байгаа чадвараар нь бүх материалыг дотор нь дамжуулагч, тусгаарлагч, хагас дамжуулагч гэж ангилна.

Дамжуулагчид дамжуулах чадвар нь электрон байвал нэгдүгээр зэрэг / бүх металл /, дамжуулах чадвар нь ион бол хоёрдугаар зэрэг / хүчил, суурь, давсны уусмал / болно. Металлд их хэмжээний сул чөлөөт электрон агуулагдана. / 1см3-д ойролцоогоор 1023/.Сул электронууд их хөдөлгөөнтэй байдаг учир цахилгаан гүйдлийг бага хүчдэл залгасан үед ч сайн дамжуулдаг.

Тусгаарлагч нь чөлөөт электрон багатай учир цахилгаан цэнэгийг дамжуулдаггүй тул түүнийг хөндийрүүлэх материал болгон ашигладаг.

Хагас дамжуулагчид цэнэгийг зөвхөн электрон зөөгөөд зогсохгүй “нүх” зөөдөг. Нүх нь хагас дамжуулагчид кристаллын торны электронгүй хэсгийн зангилааг эзлэн

оршино.Түүнийг нэмэх цэнэгийн зөөгчтэй адилтгаж үздэг.Хагас дамжуулагч гүйдэл дамжуулах чадвараараа дамжуулагч, тусгаарлагч хоёрын хооронд байх ба дамжуулах чадвар нь хольцын зэргээс хамаарна.

Дамжуулагчаар гүйдэл гүйхэд дамжуулагчийг тойрч соронзон орон үүсэх ба уг дамжуулагч хална. Харин дамжуулагчид цэнэг зөөгч нь ион байвал түүний дотор шилжилт явагдаж дамжуулагчийн химийн шинж чанар өөрчлөгдөнө.

Нэгж хугацаанд шилжих цэнэгийг гүйдлийн хүч гэнэ.Хэрэв дамжуулагчийн хөндлөн огтлолоор

хугацаанд

цэнэг шилжвэл гүйдлийн хүч

болно.Иймд гүйдлийн хүч дамжуулагчийн хөндлөн огтлолоор тодорхой хугацаанд шилжсэн цэнэгийг энэ хугацаанд харьцуулсантай тэнцүү юм.Хэрэв гүйдлийн хүч нь хугацааны туршид өөрчлөгдөхгүй байвал

болно 1.1

Цахилгаан гүйдлийн нэгжийг Францын эрдэмтэн цахилгаан динамикийг үндэслэгч Андре Мари Амперийн нэрээр Ампер гэж нэрлэжээ.

Давсны хүчлийн электролитэд цахилгаан гүйдлийн чиглэлийг ионы хөдөлгөөний нэмэх цэнэгийн дагуу авдаг. Металл дамжуулагчид цэнэгийн хөдөлгөөний чиглэл гүйдлийн чиглэлийн эсрэг байдаг.Цахилгаан гүйдэл дамжуулагчийн хөндлөн огтлолын талбайд жигд тархсан гэж үзвэл гүйдлийн нягт нь

1.2

Цахилгаан гүйдэл хугацаанаас хамаарч янз бүрээр өөрчлөгддөг.Хугацаанаас хамаарч хэмжээ ба чиглэл нь өөрчлөгдөхгүй гүйдлийг тогтмол гүйдэл гэнэ.

Хувьсах гүйдлийн чиглэл, утга нь хугацаанаас хамаарч өөрчлөгдөх ба практикт ихэвчлэн синусын хуулиар хувьсана.Хувьсах ба тогтмол гүйдлийн аль алиных нь шинжийг агуулсан гүйдлийг лугших гүйдэл гэнэ.

Зураг 1.2 Цахилгаан гүйдлийн төрөл

Цахилгаан гүйдэл хоромхон зуур маш хол тархах бөгөөд түүний тархалтын хурдыг гэрлийн хурдтай тэнцүү гэж үздэг. / 300000 км/с /

Харин дамжуулагч дотор электрон 1мм/с орчим хурдтай хөдөлдөг. Нэг электроны зөөх цэнэгийн хэмжээ

кулон ба 1Кл=1А*1с юм.

Цахилгаан хөдөлгөгч хүч /ЦХХ /, хүчдэл

Бидний дээр үзсэнээр цахилгаан гүйдэл нь цэнэгтэй бөөмсийн нэг зүгт чиглэсэн хөдөлгөөн билээ. Битүү хоолой аваад түүгээр ус гүйлгэхийн тулд усыг хөдөлгөөнд оруулах насос хэрэгтэй. Насосны шахалтаар ус энерги авч, энэ энергиэ хоолой доторх

үрэлтийн хүчийг даван туулахад зарцуулна.Ус буцаад насост ирэхдээ эхнийхээсээ бага энергитэй болж ирнэ. Бид энэ процессыг цахилгаан энергийн хувьд авч үзвэл гүйдэл үүсгэвэр нь насос, дамжуулагч утас нь ус дамжуулах хоолой болно.Эндээс үзэхэд цахилгаан хэлхээнд электроныг “үйлдвэрлэдэггүй” тэдгээр нь анхнаасаа дамжуулагч дотор сул байпдалтай оршино.

Хэлхээний ямар нэг хэсэгт цэнэг зөөгч энерги авч байвал хэлхээний энэ хэсгийг үүсгэвэр гэж ярих ба түүнийг цахилгаан хөдөлгөгч хүч гэж нэрлэх бөгөөд дараах томъёогоор тодорхойлж болно.

Дж/Кл 1.3

Эндээс ЦХХ-ний нэгж Италийн физикч Александр Вольтын нэрээр Вольт-оор илэрхийлэгддэг.Дээрх томъёонд

- цэнэгийн авсан энерги болно.ЦХХ-ний эерэг чиглэлийг үүсгэвэрийн хасах цэнэсгээс нэмэх рүү байхаар тооцдог.Зураг 1.1-д ЦХХ-ний чиглэлийг сумаар үзүүлэв. ЦХХ бол ер нь хүч биш цахилгаан энерги болон хувирч байгаа гадны энерги юм. Гадны хэлхээ тасарсан үед үүсгэвэрийн хоёр туйл дээрх хүчдэл нь гүйдэл үүсгэвэрийн ЦХХ-ний хэмжээг заана. Цэнэгүүд энергээ өгч байгаа хэлхээний хэсэгт хүчдэлийн уналт үүснэ.

1.4

цэнэгийн өгсөн энерги

ЦХХ үүсгэвэрээс “хүчдлийн импульс ” гэрлийн хурдтай тархахад дээр ярьсанаар электронууд маш бага хурдтай хөдөлнө Цахилгаан гүйдэл энгийн хэлхээнд хэлхээний бүх хэсэгт ижил утгатай байх ба өндөр хурдтай тархаж байгаа хүчдэлийн импульсийн нөлөөгөөр бүх электронууд бага зэрэг хөдөлгөөнд орно. Хэлхээ тасарвал электроны урсгал байхгүй болно. Энэ үед сул электронууд хөдөлгөөнд ороход бэлэн байх ба хэлхээг залгангуут хөдөлгөөнд орж гүйдэл гүйнэ.

Зураг 1.3 Гүйдэл үүсгэвэр ба хүчдэл унах хэлхээний хэсэг

Дээрх зургаас харахад ЦХХ –Е ба хүчдэлийн уналт U –ийн чиглэл гүйдлийн чиглэлтэй давхцаж харин электроны чиглэл эсрэг байна. ЦХХ-ийг янз бүрийн аргаар үүсгэж болно.Үүнд:

химийн процессыг ашиглах арга/ гальваник элемент, аккумлятор /
соронзон орны шинж чанарыг ашиглах арга / цахилгаан машин, генератор /
дулааны энергийг цахилгаан энерги болгох арга / термо цахилгаан хувьсгуур /
гэрлийн энергийг цахилгаан энерги болгох арга / нарны элемент, фото хувьсгуур/

Хүчдэлийн физик утга нь цахилгаан хэлхээний хоёр хавчуурын хооронд байгаа потенциалын ялгавраар тодорхойлогдоно.Зураг 1-1-д а,в хавчуурын хоорондын хүчдэл нь а цэгийн потенциалаас в цэгийн потенциалыг хассантай тэнцүү болно.

В 1.5

Хүчдэлийн эерэг чиглэлийг их потенциалаас нь бага руу чиглэж байхаар авна.Хүчдэлийн чиглэлийг зураг 1-.1-д үзүүлэв.Хүчдэл нь ЦХХ-ний адилаар Вольтоор хэмжигдэнэ.

Энерги ба чадал

Цахилгаан хэлхээнд энергийн солилцоо явагддаг. Бидний дээр үзсэнээр цахилгаан хэлхээг битүүрүүлэхэд ЦХХ-ний нөлөөгөөр цэнэгүүд хөдөлгөөнд орж тодорхой хэмжээний ажил хийх ба энерги авч эхэлнэ.Энерги хадгалагдах хууль ёсоор үүсгэврээс

авсан энерги хэрэглэгчид очихдоо өөр төрлийн энерги болон хувирна.ЦХХ ба хүчдэлийн томъёоноос энергийг олбол:

үүсгэврээс авсан энерги

хэрэглэгчид өгсөн энерги

Хэлхээ битүүрсэн тохиолдолд гүйдэл гүйж эхлэх тул

утгыг дээрх томъёонд орлуулбал

1.6

1.7

Энергийн нэгжийг Английн физикч Джеймс Прескотт Джоулын нэрээр Джоуль гэж нэрлэжээ.Энерги ажил хоёрын ойлголт адил юм. Энергийг хугацаанд харьцуулсан харьцаа нь чадлыг тодорхойлно.

Вт 1.8

Омын хуулийг ашиглан чадлын томъёог дараах байдлаар бичиж болно.

1.9

Чадлын нэгж Английн зохион бүтээгч Джеймс Уаттын нэрээр Ватт гэж нэрлэгджээ.1 сек-д 1 джоуль ажил хийгдсэнийг 1 Ватт гэнэ.

Дамжуулагчийн цахилгаан эсэргүүцэл, Омын хууль

Электронууд дамжуулагчаар хөдлөхдөө атомтай мөргөлдсөний улмаас өөрийн энергийн зарим хэсгийг алдсанаас дамжуулагч утас хална. Ийм байдлаар электроны хөдөлгөөнд эсэргүүцэл тохиолддог. Туршлагаас үзэхэд хэлхээгээр гүйх гүйдлийн хэмжээ ихсэхэд хүчдэлийн уналт нэмэгдэнэ.Ихэнх тохиолдолд гүйдэл хүчдэлтэй шууд хамааралтай байдаг.

Гүйдлийн хүч нь хүчдэлтэй шууд, эсэргүүцэлтэй урвуу пропорциональ байх хамаарлыг анх 1826 онд Германы физикч Георг Симон Ом гаргасан тул түүний нэрийг алдаршуулж Омын хууль гэж нэрлэжээ.

1.10

Омын хуулиас цахилгаан эсэргүүцлийг олбол:

Ом

Хоёр хавчуурын хооронд байгаа хүчдэлийн уналт 1В байхад түүгээр гүйх гүйдлийн утга 1А-тай тэнцүү үеийн дамжуулагчийн цахилгаан эсэргүүцлийг 1 Ом гэнэ. Дамжуулагчийн эсэргүүцлийг дараах томъёогоор тодорхойлно.

Ом 1.11

Энд:

-дамжуулагчийн урт,м

-дамжуулагчийн хөндлөн огтлолын талбай,мм2

-материалын хувийн эсэргүүцэл, Ом*мм2/м буюу Ом*м

Материалын цахилгаан хувийн эсэргүүцэл металлд маш бага тоогоор илэрхийлэгддэг учир дамжуулагчийн уртыг метрээр, хөндлөн огтлолын талбайг мм2-аар хэмжих нь тохиромжтой.

Омын хууль Зураг 1-1-д үзүүлсэн цахилгаан хэлхээнд

1.12

Дээрх хэлхээнд ЦХХ ба хүчдэлийн хоорондын харьцааг бичвэл

бөгөөд IR нь хүчдэлийн уналттай тэнцүү тул

гэж бичиж болно.

1.13

Эндээс хэрэглэгч дээрх хүчдэлийн уналт нь ЦХХ-ээс дотоод эсэргүүцэл дээрх хүчдэлийн уналтыг хассантай тэнцүү байна. Харин хэлхээ задгай үед I=0 учир хүчдэл ЦХХ хоёр хоорондоо тэнцүү байна. Хэрэглэгч залгасан үед хүчдэл ЦХХ-ээс бага U<E байна.

Эсэргүүцлийн урвуу хэмжигдэхүүнийг цахилгаан дамжуулах чадвар гэнэ.

1.14

Дамжуулах чадварын нэгжийг Германы цахилгаан техникч Эрнест Вернер Сименсын нэрээр Сименс гэж нэрлэжээ.

Материалын хувийн эсэргүүцлийн урвуу хэмжигдэхүүнийг хувийн дамжуулах чадвар гэнэ.

См м/мм2 1.15

Си системд

-ээр хэмжигдэнэ.

Бүх материалын хувийн эсэргүүцэл, дамжуулах чадварыг туршилтын аргаар тодорхойлдог. Мөнгө-хувийн эсэргүүцэл-0,016,хувийн дамжуулах чадвар-62,5

Зэс-0,0178,56,1, хөнгөнцагаан-0,028,35

Дамжуулагчийн эсэргүүцэл нь түүний урт, хөндлөн огтлолын талбайгаас гадна температураас хамаарна.Лавлах тольд ихэвчлэн 20с температуртай байх үеийн эсэргүүцэл өгөгдсөн байдаг.Дамжуулагчийн температур дээр дурьдсанаас өөрчлөгдвөл эсэргүүцлийг дараах томъёогоор тодорхойлно.

1.16

Энд:

-цахилгаан эсэргүүцлийн температурын коэффициент/ ихэнх цэвэр металлд

байдаг/

-дамжуулагчийн температурын ялгаа

Температур нэмэгдэхэд цэвэр металлуудын эсэргүүцэл түргэн, хайлшуудынх удаан ихэсдэг.Константин, манганин зэрэг хайлшуудын эсэргүүцэл температураас маш бага хамаардаг учир тогтмол эсэргүүцэлтэй гэж тооцно.Энэ шинж чанарыг нь ашиглаж дээрх материалаар эсэргүүцлийн стандарт хийдэг.

1.6 Энгийн цахилгаан хэлхээнд тооцоо хийх арга

Хэрэглэгчид нэг үүсгэврээс тэжээл авч байвал энгийн цахилгаан хэлхээ гэнэ. Ийм хэлхээнд тооцоо хийхдээ Омын хуулийг хэрэглэнэ. Энэ хэлхээнд хэрэглэгчид цуваа, зэрэгцээ, холимог байдлаар холбогдож болно.

Цуваа холболт.Цахилгаан хэлхээнд хэд хэдэн эсэргүүцэл цуваа холбогдсон байвал хэлхээний ерөнхий эсэргүүцэл нь бүх эсэргүүцлүүдийн нийлбэртэй тэнцүү. /Зураг 1.4 /

1.17

Хэлхээний эсэргүүцэл тус бүр дээр унах хүчдэлийн уналт, гүйдлийн утгыг Омын хуулиар олж болно.

Зураг-1.4 Цуваа холбогдсон хэлхээ

Цуваа холбогдсон эсэргүүцэл тус бүр дээрх хүчдэлийн уналтын нийлбэр үүсгэврийн хүчдэлтэй тэнцүү бөгөөд тэдгээрээр өнгөрөн гарах гүйдлийн утга адилхан байна.

1.18

1.19

Энэ хэлхээ энгийн хялбар боловч хэлхээний аль нэг эсэргүүцэл гэмтсэн үед бүх хэлхээ тасардаг тул практикт бага хэрэглэдэг.

Зэрэгцээ холболт.Хэд хэдэн эсэргүүцэл хэлхээнд зэрэгцээ холбогдсон байвал эсэргүүцэл тус бүр дээрх хүчдэлийн уналт нь ижил утгатай, харин тэдгээрээр гүйх гүйдлийн утгууд нь харилцан адилгүй байна.