Avval o‘rganing: Elektr maydoni va potensial
Elektr toki — zaryadlangan zarralarning tartibli (yo‘nalgan) harakati. Doimiy tok zanjirlari cho‘ntak fonaridan tortib avtomobil, telefon va kompyutergacha hamma joyda ishlaydi. Tok kuchi, kuchlanish va qarshilik orasidagi bog‘lanish — Om qonuni — va o‘tkazgichlarni ulash qoidalarini puxta bilsangiz, eng murakkab sxemani ham bosqichma-bosqich soddalashtirib hisoblay olasiz. Bu mavzu keyingi "Tok ishi va quvvati", "Kondensator" va "Turli muhitlarda tok" mavzularining asosidir.
Tok mavjud bo‘lishi uchun uchta shart kerak:
Tok kuchi — o‘tkazgich ko‘ndalang kesimidan vaqt birligida o‘tgan zaryad:
I = q/t, birligi amper (A): 1 A = 1 C/s
Tok yo‘nalishi shartli ravishda musbat zaryadlar harakati yo‘nalishi deb olingan — manbaning "+" qutbidan tashqi zanjir orqali "−" qutbiga. Metallda elektronlar teskari tomonga harakatlanadi.
Tok kuchini mikroskopik kattaliklar orqali ham yozish mumkin:
I = n·e·v·S
bu yerda n — erkin zaryadlar konsentratsiyasi (1 m³ dagi soni), e — zaryad, v — tartibli harakat (dreyf) tezligi, S — kesim yuzasi. Elektronlarning dreyf tezligi juda kichik (millimetrning ulushlari sekundiga), lekin lampa darhol yonadi: zanjir bo‘ylab yorug‘lik tezligiga yaqin tezlikda elektr maydon tarqaladi va hamma elektronlar birdaniga harakatga keladi.
Ko‘ndalang kesimi 1 mm² bo‘lgan mis simdan 1 A tok o‘tmoqda. Erkin elektronlar konsentratsiyasi n = 8,5·10²⁸ m⁻³. Dreyf tezligi qancha?
Kuchlanish — elektr maydonning bir birlik zaryadni ko‘chirishda bajargan ishi:
U = A/q, birligi volt (V): 1 V = 1 J/C
Nemis fizigi Georg Om (1827) o‘tkazgichdagi tok kuchi uning uchlaridagi kuchlanishga to‘g‘ri proporsional ekanini aniqladi:
I = U/R
Proporsionallik koeffitsiyentining teskarisi R — qarshilik, birligi om (Ω): 1 Ω = 1 V/A. Metall o‘tkazgich uchun I(U) grafigi (volt-amper xarakteristikasi) koordinata boshidan o‘tuvchi to‘g‘ri chiziq; uning qiyaligi qancha kichik bo‘lsa, qarshilik shuncha katta.
O‘lchov asboblari: ampermetr zanjirga ketma-ket ulanadi va uning qarshiligi juda kichik bo‘lishi kerak; voltmetr o‘lchanayotgan qismga parallel ulanadi va uning qarshiligi juda katta bo‘lishi kerak. Shunda asboblar zanjirdagi tok va kuchlanishni deyarli o‘zgartirmaydi.
Elektronlar harakatlanayotganda kristall panjara ionlari bilan to‘qnashadi — qarshilikning sababi shu.
R = ρ·l/S
R = R₀(1 + αt), α — qarshilikning harorat koeffitsiyenti, K⁻¹
Ba’zi moddalar juda past haroratda qarshiligini butunlay yo‘qotadi — bu o‘ta o‘tkazuvchanlik (simobda 1911 yilda Kamerling-Onnes kashf etgan).
Alyuminiy sim qarshiligi 0 °C da 3,5 Ω, α = 0,0028 K⁻¹. 200 °C da qarshilik qanchaga ortadi?
Ketma-ket: R = R₁ + R₂ + ..., I bir xil, U = U₁ + U₂ + ...
Parallel: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + ..., U bir xil, I = I₁ + I₂ + ...
Aralash sxemani hisoblash: eng ichki parallel yoki ketma-ket guruhdan boshlab bitta ekvivalent qarshilikka keltiring, umumiy tokni toping, so‘ng orqaga qaytib har bir qismdagi kuchlanish va tokni hisoblang. Uydagi rozetkalar parallel ulangan: har bir asbob 220 V oladi va biri o‘chsa, boshqalari ishlayveradi.
4 Ω rezistorga 6 Ω va 12 Ω dan iborat parallel guruh ketma-ket ulangan; zanjirga 24 V berilgan. Har bir rezistordagi tokni toping.
R_sh = R_A/(n − 1)
R_q = R_V·(n − 1)
Mantiq oddiy: shunt ortiqcha tokni o‘ziga oladi, qo‘shimcha qarshilik esa ortiqcha kuchlanishni o‘ziga oladi.
Qarshiligi 0,9 Ω, o‘lchash chegarasi 1 A bo‘lgan ampermetr bilan 10 A gacha tokni o‘lchash kerak. Qanday shunt kerak?
Manba ichida zaryadlarni elektr kuchlariga qarshi tashqi (begona) kuchlar ko‘chiradi: batareyada — kimyoviy, generatorda — elektromagnit kuchlar. Elektr yurituvchi kuch (EYuK) ℰ — tashqi kuchlarning bir birlik musbat zaryadni ko‘chirishda bajargan ishi, voltda o‘lchanadi. Manbaning o‘zi ham qarshilikka ega — ichki qarshilik r.
I = ℰ/(R + r)
Qutblardagi kuchlanish: U = IR = ℰ − Ir
ℰ = 6 V, r = 0,25 Ω manbadan 2 A tok olinmoqda. Qutblardagi kuchlanish va tashqi qarshilikni toping.