மின்சாரத்தின் அடிப்படைகள்

பண்டைய கிரேக்கர்கள் மின்சாரம் பற்றிய ஆய்வு தொடங்குவதற்கு நீண்ட காலத்திற்கு முன்பே மின் நிகழ்வுகளைக் கவனித்தனர். உலர்ந்த வைக்கோல், காகிதம் அல்லது பஞ்சு மற்றும் இறகுகளின் துண்டுகளை ஈர்க்கத் தொடங்குவதால், அரை விலையுயர்ந்த அம்பர் கல்லை கம்பளி அல்லது ஃபர் கொண்டு தேய்த்தால் போதும்.

நவீன பள்ளி சோதனைகள் பட்டு அல்லது கம்பளி கொண்டு தேய்க்கப்பட்ட கண்ணாடி மற்றும் கருங்கல் கம்பிகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த வழக்கில், கண்ணாடி கம்பியில் நேர்மறை மின்னூட்டமும், கருங்கல் கம்பியில் எதிர்மறை மின்னூட்டமும் இருக்கும் என்று கருதப்படுகிறது. இந்த தண்டுகள் சிறிய காகித துண்டுகளையும் அல்லது பலவற்றையும் ஈர்க்கும். சிறிய பொருள்கள். இந்த ஈர்ப்புதான் சார்லஸ் கூலம்ப் என்பவரால் ஆய்வு செய்யப்பட்ட மின்சார புல விளைவு.

கிரேக்க மொழியில், ஆம்பர் எலக்ட்ரான் என்று அழைக்கப்படுகிறது, எனவே அத்தகைய கவர்ச்சிகரமான சக்தியை விவரிக்க, வில்லியம் ஹில்பர்ட் (1540 - 1603) "மின்சாரம்" என்ற வார்த்தையை முன்மொழிந்தார்.

1891 ஆம் ஆண்டில், ஆங்கில விஞ்ஞானி ஸ்டோனி ஜார்ஜ் ஜான்ஸ்டன், பொருட்களில் மின் துகள்கள் இருப்பதை அனுமானித்தார், அதை அவர் எலக்ட்ரான்கள் என்று அழைத்தார். இந்த அறிக்கை கம்பிகளில் மின் செயல்முறைகளைப் புரிந்துகொள்வதை மிகவும் எளிதாக்கியது.

உலோகங்களில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் மிகவும் சுதந்திரமானவை மற்றும் அவற்றின் அணுக்களிலிருந்து எளிதில் பிரிக்கப்படுகின்றன, மேலும் மின்சார புலத்தின் செயல்பாட்டின் கீழ், இன்னும் துல்லியமாக, சாத்தியமான வேறுபாடுகள் உலோக அணுக்களுக்கு இடையில் நகர்ந்து, உருவாக்குகின்றன. மின்சாரம்… இவ்வாறு, ஒரு செப்பு கம்பியில் உள்ள மின்னோட்டம் என்பது கம்பியில் ஒரு முனையிலிருந்து மறுமுனைக்கு பாயும் எலக்ட்ரான்களின் ஓட்டமாகும்.

உலோகங்கள் மட்டும் மின்சாரத்தை கடத்தும் திறன் கொண்டவை. சில நிபந்தனைகளின் கீழ், திரவங்கள், வாயுக்கள் மற்றும் குறைக்கடத்திகள் மின்சாரம் கடத்தும். இந்த சூழல்களில், சார்ஜ் கேரியர்கள் அயனிகள், எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள். ஆனால் இப்போது நாம் உலோகங்களைப் பற்றி மட்டுமே பேசுகிறோம், ஏனென்றால் அவற்றில் கூட எல்லாம் அவ்வளவு எளிதல்ல.

இப்போதைக்கு, நாம் நேரடி மின்னோட்டத்தைப் பற்றி பேசுகிறோம், அதன் திசை மற்றும் அளவு மாறாது. எனவே, மின் வரைபடங்களில் மின்னோட்டம் எங்கு பாய்கிறது என்பதை அம்புகளால் குறிக்க முடியும். மின்னோட்டம் நேர்மறை துருவத்திலிருந்து எதிர்மறை துருவத்திற்குப் பாய்வதாக நம்பப்படுகிறது, இது மின்சாரம் பற்றிய ஆய்வின் ஆரம்பத்தில் எட்டப்பட்ட முடிவு.

எலக்ட்ரான்கள் உண்மையில் சரியான எதிர் திசையில் நகர்கின்றன என்பது பின்னர் மாறியது - கழித்தல் முதல் பிளஸ் வரை. ஆனால் இது இருந்தபோதிலும், அவர்கள் "தவறான" திசையை விட்டுவிடவில்லை, மேலும், இந்த திசையே மின்னோட்டத்தின் தொழில்நுட்ப திசை என்று அழைக்கப்படுகிறது. விளக்கு இன்னும் எரிந்தால் என்ன வித்தியாசம். எலக்ட்ரான்களின் இயக்கத்தின் திசை உண்மை என்று அழைக்கப்படுகிறது மற்றும் பெரும்பாலும் அறிவியல் ஆராய்ச்சியில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

இது படம் 1 இல் விளக்கப்பட்டுள்ளது.

படம் 1.

சுவிட்ச் சிறிது நேரம் பேட்டரிக்கு "எறியப்பட்டால்", மின்னாற்பகுப்பு மின்தேக்கி C சார்ஜ் செய்யப்படும் மற்றும் சில கட்டணம் அதன் மீது குவிந்துவிடும். மின்தேக்கியை சார்ஜ் செய்த பிறகு, சுவிட்ச் பல்புக்கு திரும்பியது. விளக்கு ஒளிரும் மற்றும் வெளியே செல்கிறது - மின்தேக்கி வெளியேற்றம். மின்தேக்கியில் சேமிக்கப்பட்ட மின் கட்டணத்தின் அளவைப் பொறுத்து ஃபிளாஷ் காலம் தங்கியுள்ளது என்பது மிகவும் வெளிப்படையானது.

ஒரு கால்வனிக் பேட்டரி மின்சார கட்டணத்தையும் சேமிக்கிறது, ஆனால் ஒரு மின்தேக்கியை விட அதிகம். எனவே, ஃபிளாஷ் நேரம் போதுமானதாக உள்ளது - விளக்கு பல மணி நேரம் எரிக்க முடியும்.

மின் கட்டணம், மின்னோட்டம், எதிர்ப்பு மற்றும் மின்னழுத்தம்

மின்சார கட்டணங்கள் பற்றிய ஆய்வு பிரெஞ்சு விஞ்ஞானி C. Coulomb என்பவரால் மேற்கொள்ளப்பட்டது, அவர் 1785 இல் அவரது பெயரிடப்பட்ட சட்டத்தை கண்டுபிடித்தார்.

சூத்திரங்களில், மின் கட்டணம் Q அல்லது q என குறிக்கப்படுகிறது. இந்த அளவின் இயற்பியல் பொருள், மின்காந்த தொடர்புகளில் நுழைவதற்கான சார்ஜ் செய்யப்பட்ட உடல்களின் திறன் ஆகும்: மின்னோட்டங்கள் விரட்டுவதால், வேறுபட்டவை ஈர்க்கின்றன, கட்டணங்களுக்கிடையேயான தொடர்பு சக்தியானது கட்டணங்களின் அளவிற்கு நேர்விகிதமாகவும் தூரத்தின் சதுரத்திற்கு நேர்மாறாகவும் இருக்கும். அவர்களுக்கு மத்தியில். இது ஒரு சூத்திரத்தின் வடிவத்தில் இருந்தால், அது இப்படி இருக்கும்:

F = q1 * q2 / r2

எலக்ட்ரானின் மின் கட்டணம் மிகவும் சிறியது, எனவே நடைமுறையில் அவர்கள் கூலம்ப் எனப்படும் மின்னூட்டத்தின் அளவைப் பயன்படுத்துகிறார்கள் ... இது சர்வதேச அமைப்பான SI (C) இல் பயன்படுத்தப்படும் இந்த மதிப்பு. ஒரு பதக்கத்தில் 6.24151 * 1018 (பத்து முதல் பதினெட்டாவது சக்தி) எலக்ட்ரான்கள் குறைவாக இல்லை. இந்த கட்டணத்திலிருந்து ஒரு வினாடிக்கு 1 மில்லியன் எலக்ட்ரான்கள் வெளியிடப்பட்டால், இந்த செயல்முறை 200 ஆயிரம் ஆண்டுகள் வரை நீடிக்கும்!

SI அமைப்பில் மின்னோட்டத்தை அளவிடுவதற்கான அலகு ஆம்பியர் (A), பிரெஞ்சு விஞ்ஞானி ஆண்ட்ரே மேரி ஆம்பியர் (1775 - 1836) பெயரிடப்பட்டது. 1A மின்னோட்டத்தில், சரியாக 1 C மின்னூட்டம் 1 வினாடியில் கம்பியின் குறுக்குவெட்டு வழியாக செல்கிறது. இந்த வழக்கில் கணித சூத்திரம் பின்வருமாறு: I = Q / t.

இந்த சூத்திரத்தில், மின்னோட்டம் ஆம்பியர்களில் உள்ளது, மின்னோட்டமானது கூலம்பில் உள்ளது மற்றும் நேரம் வினாடிகளில் உள்ளது. அனைத்து சாதனங்களும் SI அமைப்புக்கு இணங்க வேண்டும்.

வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், ஒரு வினாடிக்கு ஒரு பதக்கம் வெளியிடப்படுகிறது. ஒரு மணி நேரத்திற்கு கிலோமீட்டர்களில் ஒரு காரின் வேகத்திற்கு மிகவும் ஒத்திருக்கிறது.எனவே, மின்னோட்டத்தின் வலிமையானது மின் கட்டணத்தின் ஓட்ட விகிதத்தைத் தவிர வேறில்லை.

அன்றாட வாழ்வில் பெரும்பாலும், ஆஃப்-சிஸ்டம் யூனிட் ஆம்பியர் * மணிநேரம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. கார் பேட்டரிகளை நினைவுபடுத்துவது போதுமானது, இதன் திறன் ஆம்பியர்-மணிகளில் மட்டுமே குறிக்கப்படுகிறது. வாகன உதிரிபாகக் கடைகளில் எந்த பதக்கங்களையும் யாரும் நினைவில் வைத்திருக்கவில்லை என்றாலும், அனைவருக்கும் இது தெரியும் மற்றும் புரிந்துகொள்கிறது. ஆனால் அதே நேரத்தில் இன்னும் ஒரு விகிதம் உள்ளது: 1 சி = 1 * / 3600 ஆம்பியர் * மணிநேரம். அத்தகைய அளவை ஆம்பியர் * வினாடி என்று அழைக்கலாம்.

மற்றொரு வரையறையில், 1 A இன் மின்னோட்டம் 1 Ω எதிர்ப்பின் கடத்தியில் பாய்கிறது சாத்தியமான வேறுபாடு (மின்னழுத்தம்) கம்பியின் முனைகளில் 1 V. இந்த மதிப்புகளுக்கு இடையிலான விகிதம் தீர்மானிக்கப்படுகிறது ஓம் விதி... இது ஒருவேளை மிக முக்கியமான மின் சட்டமாகும், நாட்டுப்புற ஞானம் சொல்வது தற்செயலாக இல்லை: "ஓம் விதி உங்களுக்குத் தெரியாவிட்டால், வீட்டிலேயே இருங்கள்!"

ஓம் சட்ட சோதனை

இந்த சட்டம் இப்போது அனைவருக்கும் தெரியும்: "சுற்றில் உள்ள மின்னோட்டம் மின்னழுத்தத்திற்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகவும் எதிர்ப்பிற்கு நேர்மாறான விகிதாசாரமாகவும் உள்ளது." மூன்று எழுத்துக்கள் மட்டுமே இருப்பதாகத் தெரிகிறது - I = U / R, ஒவ்வொரு மாணவரும் சொல்வார்கள்: "அதனால் என்ன?". ஆனால் உண்மையில் இந்த குறுகிய சூத்திரத்திற்கான பாதை மிகவும் முள்ளாகவும் நீண்டதாகவும் இருந்தது.

ஓம் விதியை சோதிக்க, படம் 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ள எளிய சுற்றுகளை நீங்கள் இணைக்கலாம்.

படம் 2.

விசாரணை மிகவும் எளிமையானது-தாள் மீது புள்ளி மூலம் விநியோக மின்னழுத்த புள்ளியை அதிகரிப்பதன் மூலம், படம் 3 இல் காட்டப்பட்டுள்ள வரைபடத்தை உருவாக்கவும்.

படம் 3.

I = U / R உறவை U = I * R எனக் குறிப்பிடலாம், மேலும் கணிதத்தில் இது ஒரு நேர் கோடாக இருப்பதால், வரைபடம் ஒரு நேர் கோடாக மாற வேண்டும் என்று தோன்றுகிறது. உண்மையில், வலது பக்கத்தில், கோடு கீழே வளைகிறது. ஒருவேளை அதிகம் இல்லை, ஆனால் அது வளைகிறது மற்றும் சில காரணங்களால் மிகவும் பல்துறை.இந்த வழக்கில், வளைவு சோதனை செய்யப்பட்ட எதிர்ப்பை சூடாக்கும் முறையைப் பொறுத்தது. இது ஒரு நீண்ட செப்பு கம்பியால் ஆனது என்பது ஒன்றும் இல்லை: நீங்கள் ஒரு சுருளை ஒரு சுருளில் இறுக்கமாக சுழற்றலாம், நீங்கள் அதை கல்நார் அடுக்குடன் மூடலாம், ஒருவேளை இன்று அறையில் வெப்பநிலை ஒரே மாதிரியாக இருக்கலாம், ஆனால் நேற்று அது வேறுபட்டது, அல்லது அறையில் ஒரு வரைவு உள்ளது.

ஏனென்றால், வெப்பமடையும் போது பௌதிக உடல்களின் நேரியல் பரிமாணங்களைப் போலவே வெப்பநிலை எதிர்ப்பையும் பாதிக்கிறது. ஒவ்வொரு உலோகத்திற்கும் அதன் சொந்த வெப்பநிலை குணகம் எதிர்ப்பு (TCR) உள்ளது. ஆனால் கிட்டத்தட்ட அனைவருக்கும் தெரியும் மற்றும் விரிவாக்கம் பற்றி நினைவில் உள்ளது, ஆனால் மின் பண்புகளில் (எதிர்ப்பு, கொள்ளளவு, தூண்டல்) மாற்றத்தை மறந்து விடுங்கள். ஆனால் இந்த சோதனைகளில் வெப்பநிலை உறுதியற்ற தன்மைக்கான மிகவும் நிலையான ஆதாரமாகும்.

ஒரு இலக்கியக் கண்ணோட்டத்தில், இது ஒரு அழகான டாட்டாலஜியாக மாறியது, ஆனால் இந்த விஷயத்தில் இது சிக்கலின் சாரத்தை மிகவும் துல்லியமாக வெளிப்படுத்துகிறது.

19 ஆம் நூற்றாண்டின் நடுப்பகுதியில் பல விஞ்ஞானிகள் இந்த சார்புநிலையைக் கண்டறிய முயன்றனர், ஆனால் சோதனைகளின் உறுதியற்ற தன்மை குறுக்கிட்டு, பெறப்பட்ட முடிவுகளின் உண்மை குறித்து சந்தேகங்களை எழுப்பியது, ஜார்ஜ் சைமன் ஓம் (1787-1854) மட்டுமே இதில் வெற்றி பெற்றார், அவர் நிராகரிக்க முடிந்தது. அனைத்து பக்க விளைவுகள் அல்லது, அவர்கள் சொல்வது போல், மரங்களுக்கு காடு பார்க்க. 1 ஓம் எதிர்ப்பானது இன்னும் இந்த புத்திசாலித்தனமான விஞ்ஞானியின் பெயரைக் கொண்டுள்ளது.

ஒவ்வொரு மூலப்பொருளையும் ஓம் விதியால் வெளிப்படுத்தலாம்: I = U / R, U = I * R, R = U / I.

இந்த உறவுகளை மறந்துவிடக் கூடாது என்பதற்காக, ஓம்ஸ் முக்கோணம் என்று அழைக்கப்படுபவை அல்லது படம் 4 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

படம் 4. ஓமின் முக்கோணம்

இதைப் பயன்படுத்துவது மிகவும் எளிதானது: விரும்பிய மதிப்பை உங்கள் விரலால் மூடவும், மற்ற இரண்டு எழுத்துக்கள் அவற்றை என்ன செய்ய வேண்டும் என்பதைக் காண்பிக்கும்.

இந்த அனைத்து சூத்திரங்களிலும் பதற்றம் என்ன பங்கு வகிக்கிறது, அதன் உடல் பொருள் என்ன என்பதை நினைவுபடுத்துவது உள்ளது. மின்னழுத்தம் பொதுவாக மின்சார புலத்தில் இரண்டு புள்ளிகளில் சாத்தியமான வேறுபாடு என புரிந்து கொள்ளப்படுகிறது. எளிதாக புரிந்து கொள்ள, அவர்கள் ஒரு தொட்டி, நீர் மற்றும் குழாய்களுடன், ஒரு விதியாக, ஒப்புமைகளைப் பயன்படுத்துகின்றனர்.

இந்த "பிளம்பிங்" திட்டத்தில், குழாயில் உள்ள நீரின் நுகர்வு (லிட்டர் / நொடி) மட்டுமே தற்போதைய (கூலம் / நொடி), மற்றும் தொட்டியின் மேல் மட்டத்திற்கும் திறந்த குழாய்க்கும் உள்ள வேறுபாடு சாத்தியமான வேறுபாடு (மின்னழுத்தம்) ஆகும். . மேலும், வால்வு திறந்திருந்தால், அவுட்லெட் அழுத்தம் வளிமண்டலத்திற்கு சமமாக இருக்கும், இது நிபந்தனை பூஜ்ஜியமாக எடுத்துக்கொள்ளப்படலாம்.

மின்சுற்றுகளில், இந்த மாநாடு ஒரு பொதுவான கடத்திக்கு ("தரையில்") ஒரு புள்ளியை எடுப்பதை சாத்தியமாக்குகிறது, அதற்கு எதிராக அனைத்து அளவீடுகளும் சரிசெய்தல்களும் செய்யப்படுகின்றன. பெரும்பாலும், மின்சார விநியோகத்தின் எதிர்மறை முனையம் இந்த கம்பி என்று கருதப்படுகிறது, இருப்பினும் இது எப்போதும் வழக்கு அல்ல.

இத்தாலிய இயற்பியலாளர் அலெஸாண்ட்ரோ வோல்டா (1745-1827) பெயரிடப்பட்ட வோல்ட் (V) இல் சாத்தியமான வேறுபாடு அளவிடப்படுகிறது. நவீன வரையறையின்படி, 1 V இன் சாத்தியமான வேறுபாட்டுடன், 1 C இன் கட்டணத்தை நகர்த்துவதற்கு 1 J இன் ஆற்றல் செலவிடப்படுகிறது. நுகரப்படும் ஆற்றல் ஒரு சக்தி மூலம் நிரப்பப்படுகிறது, ஒரு «குழாய்கள்» சுற்றுடன் ஒப்பிடுவதன் மூலம், அது தொட்டியில் நீர் மட்டத்தை ஆதரிக்கும் ஒரு பம்ப் இருக்க வேண்டும்.