Қарапайым электр тізбегі

Қарапайым электр тізбегі  

Қарапайым электр тізбегі электр энегиясының көзінен  Е, энергия тұтынушыдан Т және энергия көзі мен тұтынушыны байланыстыратын  екі өткізгіш жалғастырушы сымдардан  С1 және С2 тұрады. Жалғастырушы өткізгіш сымдар электр энергиясының көзіне оң және теріс полюстер деп аталынатын екі қысқыштар арқылы қосылады. Электр энергиясының көзі механикалық, химиялық, жылулық тағы басқа энергия түрлерін электр энергиясына түрлендіреді. Тұтынушыда электр энергиясы басқа энергия түрлеріне - механикалық, жылулық, химиялық, жарық т.б. айналады. Электр энергиясының көзіне генераторлар қандай да болмасын механикалық қозғалтқыштармен қозғалысқа келетін электр машиналары, аккумуляторлар және гальваникалық элементтер жатады. Электр тұтынушылары ретінде жарықтандырғыш шамдар, электр қозғалтқыштары, электрқыздырғыш аспаптар т.б. пайдаланылады.

Гальваникалық элементтерде, аккумуляторларда бірінші  жағдайда гальваникалық элементтер батареяларын, екінші жағдайда аккумулятор  батареяларын құру үшін бір-бірімен  жалғастырылады. Электр энергиясының көзі оған өткізгіш сымдар арқылы қосылған энергия тұтынушымен бірге тұйықталған электр тізбегін құрады. Тұйықталған электр тізбегінде үздіксіз зарядтар қозғалысы пайда болады, оны электр тогы деп атайды.

Металл өткізгіштеріндегі тұрақты ток еркін электрондардың тұйық тізбек арқылы қалыптасып бағытталған қозғалысы болып табылады. Схемаларда ток пен кернеудің оң бағыттарын плюстен минуске қарай бағдарланған нұсқамалар арқылы шартты түрде белгілеу қабылданған.

Тұйықталған тізбектегі электр тогы энергия көзінің электр қозғаушы күші әсерінен ағады. Тізбекте ток жоқ болған жағдайда да яғни тізбек ажыратылған кезде де энергия көзінде электр қозғаушы күші пайда болады. Тізбекте ток жоқ болған жағдайда да ЭҚК энергия көзінің қысқыштарындағы потенциалдар айырымына тең.

Потенциалдар  айырымы сияқты ЭҚК вольтпен көрсетіледі. Тұйықталған электр тізбегінде де ажыратылған  тізбекке де ЭҚК энергия көзінің  қысқыштарының потенциалдар айырымын үзбей ұстап тұрады. Тұйықталған  тізбекке ток үздіксіз ағылу үшін энергия көзі ішіндегі зарядтар қозғалысы электр өрісі күшінің әсерінен қарама-қарсы бағытталған болуы керек. Зарядтардың мұндай қозғылысы сырттан берілген күштерінің әсерінен болады. ЭҚК бары екендігіне көз жеткізу үшін энергия көздерінің полюстеріне жалғастырушы өткізгіш сымдар орнына вольтметр деп аталатын аспапты қосса болғаны. Ол кезде вольтметрдің нұсқама тілі белгілі-бір ұшқа ауытқиды. Энергия көзінің ЭҚК көп болған сайын вольтметр нұсқама тілінің ауытқуы да солғұрлым көп болады. Бірақ вольтметр төмендей көрсетілгеніндей ЭҚК көрсетпейді. Ал ток көзінің қысқыштарындағы кернеуін көрсетеді. Кернеу ЭҚК сияқты вольтпен, киловольтпен және мегавольтпен өлшенеді.

Кез-келген өткізгіштегі электр зарядтарының бағытталған қозғалысына  оның молекулалары мен атомдары бөгет жасайды. Сондықтан токтың өтуіне сыртқы тізбекке энергия көзінің өзі де кедергі туғызады. Электр тізбегінің электр тогы өтуіне қарсы әрекеттілігін электр кедергісі деп атайды.

Тұйықталған электр тізбегіндегі қосылған электр энергиясының көзі электр энергиясын сыртқы және ішкі тізбектер кедергілерін жену үшін жұмсайды.

Электр кедергісі R әріпімен белгіленеді. Электр тізбегіне  қосылатын және электр кедергілері  бар құрылғыларды резисторлар деп  атаймыз. Кедергінің өлшем бірлігі  – Ом болады. өткізгіш сымында тұрақты потенциал айырымы 1 В болған кезде одан 1 А тогы өтсе, онда өткізгіш сымының электр кедергісі 1 Ом болады. Үлкен кедергілерді өлшеу үшін Омнан 1000 және 1000000 есе көп бірліктер қолданылады. Олар кОм және мОм. өткізгіштердің электр тогына көрсететін кедергісі оларға салынған материалға сонымен қоса оның ұзындығы мен көлденең қимасының ауданына байланысты, егер 1 материалдан жасалған екі өткізгішті салыстырсақ, онда көлденең қима аудандары тең болған жағдайда ұзындау өткізгіштің кедергісі үлкен болады. Ал өткізгіштің қайсы-бір көлденең қимасының ауданы үлкен болса, онда кедергісі аз болады.

Өткізгіш материалдың  қасиетін бағалауға меншікті кедергі  қолданылады. Меншікті кедергі ұзындығы 1 м, көлденең қима ауданы 1мм 2 өткізгіш сымның кедергісі. өткізгіштер кедергі температурасына тәуелді болады. Реттелген кедергілерді – реостаттар деп атайды. Реостаттар үлкен меншікті кедергілері бар сымдардан мысалы, нихромнан жасалынады. Реостаттар кедергісі біркелкі немесе сатылап өзгеруі мүмкін. өткізгіштердің электр тогын өткізу қабілеттілігі өткізгіштіліктен сипаттама алады. Оның мәні кедергіге кері пропорционал. өткізгіштің матрицасының меншікті кедергісіне кері шама меншікті өткізгіштік деп аталады.

Электр  тізбегін есептеу  үшін Ом заңдарымен қатар Кирхгофтын екі заңдары қолданылады: олар энергияның сақталу заңына бағынады. Кирхгофтың заңын пайдалана отырып, есептейтін тәсілдер арқылы элеткр тізбектерінің кез-келген түрлерін есептеп шығаруға болады. Кез-келген бір күрделі электр тізбегін есептеу үшін түйіндер мен тармақтар және контурлар санын білу керек. Тізбектің түйіні деп – 3 немесе одан да көп тармақтардың түйісетін нүктесін айтады. Тармақ - екі түйінді қосатын электр тізбегінің бөлігі. Екі түйін арасында бірнеше тармақ бөлігі болуы мүмкін. Осы бөлік тек бір ізді қосылған ЭҚК-нен және кедергілерінен тұрады және осы бір тармақ бөлігімен бір ғана ток жүреді. Контур дегеніміз – схеманың тұйықталған бөлігі. Оған бір ізді жалғасқан бірнеше тармақтардың кіруі мүмкін. Егер контурды өзіне кірмейтін тармақтардан бөліп қарайтын болсақ, онда ол тармақсыз тізбек деп аталады. Сонымен Кирхгофтын бірінші заңы электр тізбектерінің түйіндеріне қосылып жәнек осы түйіндердегі токтың тепе-теңдігін анықтайды, яғни электр тізбегінің түйіндеріне токтардың алгебралық қосындысы 0-ге тең болады.

Кирхгофтың  бірінші заңын  басқаша анықтамасы мынадай: электр тізбегінің түйініне бағытталған  токтардың қосындысы  осы түйіннен ағып шығатын токтардың  қосындысына тең. Бұл заң токтың үздіксіз принципіне негізделген тармақтардағы  токтың алгебралық қосындысы, ток көзі тогының алгебралық қосындысына тең. Кирхгофтың екінші заңы электр тізбегінің контурына қолданылады және осы контурдағы кернеудің тепе-теңдігін білдіреді. Электр тізбегіндегі контурында ЭҚК алгебралық қосындысына тең. Егер осы қосындылардағы қосылғыштар, токтар және ЭҚК бағыттары контурдың айналу бағытымен сәйкес келсе, онда оң таңбамен, ал бағытымен сәйкес келмесе теріс таңбамен алынады. Кирхгофтың екінші заңының басқаша анықтамасы: тұйық контур бойындағы тармақ қосқыштарының кернеулерінің алгебралық қосындысы 0-ге тең. Кирхгофтың заңдары электр схемасындағы тармақтардағы токтарды табуға пайдаланылады. Әр тармақтың өз тогы болғандықтан, белгісіз токтың саны схеманың тармақ санына тең. Теңдеулерді құрар алдында:

Тармақтардағы токтың оң бағытын қалауымызша таңдап алып, оны схемада белгілеу қажет.

Кирхгофтың  екінші заңына теңдеулер құру үшін, контурдың айналу бағытын қалаумызша таңдап алуымыз керек.

Электр тогы өткізгіш арқылы өткенде бірде нейтрал  электрондармен бірде электроннан айырылған молекуламен соқтығысады. Қозғалыстағы электрон өзінің энергиясын жоғалта отырып, нейтрал молекуладан жаңа электронды бөліп алады. Электрондар молекулалармен соқтығысқанда энергия жұмсалады. Ол энергия жылулыққа айналады. Кедергіні жеңе отырып, жүретін кез-келген қозғалыс белгілі энергияның жұмсалуын қажет етеді. Мысалы, қайсыбір дененің орнынан қозғалту үшін үйкеліс кедергісін жеңу керек. Оған жұмсалатын жұмыс жылуға айналады. Сөйтіп өткізгіштен ток өткізу