James Prescott Joule (solda) və Emilius Christianovich Lenz (sağda)

Müxtəlif növ elektrik qızdırıcıları, elektrik cərəyanının bir keçiricidən keçərkən istilik yaratmaq xüsusiyyəti sayəsində əsrlər boyu bəşəriyyət tərəfindən istifadə edilmişdir. Bu fenomenin də mənfi amili var - həddindən artıq cərəyan səbəbindən həddindən artıq qızdırılan elektrik naqilləri tez-tez qısa qapanmalara və yanğınlara səbəb olur. Elektrik cərəyanının işindən istiliyin ayrılması məktəb fizikası kursunda öyrənildi, lakin bir çoxları bu bilikləri unutdular.

İlk dəfə olaraq istilik buraxılmasının elektrik cərəyanının gücündən asılılığını 1841-ci ildə Ceyms Joule, bir az sonra isə 1842-ci ildə ondan asılı olmayaraq Emil Lenz tərtib etmiş və riyazi olaraq müəyyən etmişdir. Bu fiziklərin şərəfinə elektrik qızdırıcılarının gücünü və elektrik xətlərində istilik itkilərini hesablamaq üçün istifadə olunan Joule-Lenz qanunu adlandırıldı.

Joule-Lenz qanununun tərifi

Şifahi bir tərifdə, Joule və Lenz-in araşdırmasına görə, qanun belə səslənir:

Elektrik cərəyanının axını zamanı keçiricinin müəyyən bir həcmində ayrılan istilik miqdarı elektrik cərəyanının sıxlığının və elektrik sahəsinin gücünün çoxalması ilə düz mütənasibdir.

Düstur şəklində bu qanun belə görünür:

Joule-Lenz qanununun ifadəsi

Yuxarıda təsvir edilən parametrlər gündəlik həyatda nadir hallarda istifadə olunduğundan və elektrik cərəyanının işindən istilik buraxılmasının demək olar ki, bütün gündəlik hesablamalarının nazik keçiricilərə (kabellər, məftillər, közərmə filamentləri, elektrik kabelləri, lövhədəki keçirici yollar və s.) Joule Lenz qanununu inteqral formada təqdim olunan düsturla istifadə edin:

Qanunun ayrılmaz forması

Şifahi tərifində Joule Lenz qanunu belə səslənir:

Joule-Lenz qanununun şifahi tərifi

Əgər dirijorun cari gücü və müqavimətinin zamanla dəyişmədiyini fərz etsək, o zaman Joule-Lenz qanununu sadələşdirilmiş formada yazmaq olar:

Ohm qanununu və cəbri çevrilmələri tətbiq edərək, aşağıdakı ekvivalent düsturları əldə edirik:

Ohm qanununa görə istiliyin ekvivalent ifadələri

Joule-Lenz qanununun tətbiqi və praktiki əhəmiyyəti

Joule və Lenz-in elektrik cərəyanının işindən istilik istehsalı sahəsində tədqiqatları fiziki proseslərin elmi anlayışını əhəmiyyətli dərəcədə inkişaf etdirdi və əldə edilən əsas düsturlar dəyişməyib və bu günə qədər elm və texnologiyanın müxtəlif sahələrində istifadə olunur. Elektrik mühəndisliyi sahəsində cərəyan axını zamanı ayrılan istilik miqdarının kritik olduğu bir neçə texniki problemi ayırd etmək olar. məna aşağıdakı parametrləri hesablayarkən:

• elektrik xətlərində istilik itkisi;
• elektrik naqilləri şəbəkələrinin naqillərinin xüsusiyyətlərini;
• elektrik qızdırıcılarının istilik gücü (istilik miqdarı);
• elektrik açarlarının işləmə temperaturu;
• qoruyucuların ərimə temperaturu;
• müxtəlif elektrik cihazlarının və radiotexniki elementlərin istilik istehsalı.

Cərəyanın istilik işindən istifadə edən elektrik cihazları

Elektrik xətlərinin (elektrik xətlərinin) naqillərində elektrik cərəyanının istilik effekti istilik istehsalı ilə əlaqədar elektrik enerjisinin əhəmiyyətli itkiləri səbəbindən arzuolunmazdır.

Müxtəlif mənbələrə görə, dünyada istehsal olunan bütün elektrik enerjisinin 40%-ə qədəri elektrik xətlərində itirilir. Elektrik enerjisini uzun məsafələrə ötürərkən itkiləri azaltmaq üçün elektrik xətlərində gərginlik artır, Joule-Lenz qanununun törəmə düsturlarından istifadə edərək hesablamalar aparılır.

Bütün növ elektrik enerjisi itkilərinin diaqramı, bunlardan hava xətlərində istilik itkiləri aslan payını (64%) təşkil edir.

Çox sadə desək, cərəyanın istilik işini belə təsvir etmək olar: elektronlar molekullar arasında hərəkət edir və zaman-zaman onlarla toqquşur, bu da onların istilik vibrasiyalarının daha da intensivləşməsinə səbəb olur. Proseslərin cari və assosiativ izahatlarının istilik işinin vizual nümayişi aşağıdakı videoda göstərilir:

Elektrik xətlərində elektrik enerjisi itkilərinin hesablanması

Nümunə olaraq, elektrik stansiyasından transformator yarımstansiyasına qədər olan elektrik xəttinin hipotetik hissəsini götürə bilərik. Elektrik xəttinin naqilləri və elektrik istehlakçısı (transformator yarımstansiyası) birləşdirildiyi üçün ardıcıl olaraq, onda eyni I cərəyanı onlardan keçir. Burada nəzərdən keçirilən Joule-Lenz qanununa əsasən, naqillərdə buraxılan istilik miqdarı Q w (istilik itkisi) aşağıdakı düsturla hesablanır.

Yükdə olan elektrik cərəyanının (Q c) yaratdığı güc Ohm qanununa əsasən hesablanır:

Beləliklə, cərəyanlar bərabər olarsa, I = Q c /U c olduğundan, Q c /U c ifadəsi I əvəzinə birinci düstura daxil edilə bilər:

Dirijor müqavimətinin temperaturun dəyişməsindən asılılığına məhəl qoymasaq, onda Rw-ni dəyişməmiş (sabit) hesab edə bilərik. Beləliklə, istehlakçının sabit enerji istehlakı ilə (transformator yarımstansiyası) elektrik xətti naqillərində istilik buraxılacaq. tərs xəttin son nöqtəsindəki gərginliyin kvadratı. Başqa sözlə, ötürmə gərginliyi nə qədər yüksək olarsa, elektrik enerjisi bir o qədər az itkiyə məruz qalır.

Yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin ötürülməsi böyük ötürücü qüllələr tələb edir

Joule-Lenz qanununun gündəlik həyatda işi

Bu hesablamalar gündəlik həyatda da elektrik enerjisini qısa məsafələrə ötürərkən etibarlıdır - məsələn, külək generatorundan çeviriciyə. Avtonom enerji təchizatı ilə aşağı gərginlikli külək dəyirmanı tərəfindən istehsal olunan hər bir Vatt enerji qiymətləndirilir və kabelin böyük bir kəsişməsinə pul xərcləməkdənsə, gərginliyi birbaşa külək generatorunda transformatorla artırmaq daha sərfəli ola bilər. ötürülməsi zamanı elektrik enerjisi itkilərini azaltmaq üçün.

Aşağı gərginlikli AC külək generatoru elektrik itkilərini azaltmaq üçün əhəmiyyətli bir məsafədə yerləşirsə, gücləndirici transformator vasitəsilə qoşulmaq daha sərfəlidir.

Məişət elektrik naqilləri şəbəkələrində istilik itkilərini azaltmaq və gərginliyi artırmaq üçün məsafələr son dərəcə kiçikdir, buna görə də naqilləri hesablayarkən, seçərkən Joule-Lenz qanununa görə cərəyanın istilik işi nəzərə alınır. naqillərin kəsiyi belə ki, onlar termal istilik izolyasiyanın və ətrafdakı materialların əriməsinə və ya yanğına səbəb olmamışdır. Güc və elektrik naqillərinə əsaslanan kabellərin seçilməsi PUE-nin cədvəllərinə və normativ sənədlərinə uyğun olaraq həyata keçirilir və bu resursun digər səhifələrində ətraflı təsvir edilmişdir.

Cərəyan gücü ilə keçiricinin kəsişməsi arasında əlaqə

Radiotexnika elementlərinin, bir elektrik açarının və ya qoruyucunun bimetal lövhəsinin istilik temperaturunu hesablayarkən, Joule-Lenz qanunu inteqral formada istifadə olunur, çünki bu materialların müqaviməti artan temperaturla dəyişir. Bu mürəkkəb hesablamalar həmçinin istilik köçürməsini, digər istilik mənbələrindən isitmə, daxili istilik tutumu və bir çox digər amilləri nəzərə alır.

Yarımkeçirici qurğunun istilik yayılmasının proqram təminatı ilə modelləşdirilməsi

Elektrik cərəyanının faydalı istilik işi

Elektrik cərəyanının istilik yaradan işi müxtəlif müqavimətlərə malik keçiricilərin ardıcıl əlaqəsini istifadə edən elektrik qızdırıcılarında geniş istifadə olunur. Bu prinsip aşağıdakı kimi işləyir: eyni cərəyan ardıcıl birləşdirilmiş keçiricilərdə axır, yəni Joule-Lenz qanununa görə, daha yüksək müqavimətə malik keçirici materialdan daha çox istilik ayrılacaqdır.

Artan müqaviməti olan rulon qızdırılır, lakin təchizatı naqilləri soyuq qalır

Beləliklə, sobanın elektrik kabeli və qurğuşun naqilləri, qızdırıcı element qırmızı parıltı temperaturuna qədər qızdırarkən nisbətən sərin qalır. İstilik elementlərinin keçiriciləri üçün material kimi artan (mis və alüminium naqillərə nisbətən) müqaviməti olan ərintilər - nikrom, konstantan, volfram və başqaları istifadə olunur.

Bir közərmə lampasının filamenti odadavamlı volfram ərintilərindən hazırlanır

Konduktorları paralel bağlayarkən, daha az müqavimət göstərən qızdırıcı elementdə istilik əmələ gəlməsi daha çox olacaqdır, çünki azaldıqca nisbi bitişik dövrə komponentinin cərəyanı artır. Nümunə olaraq, fərqli gücə malik iki közərmə lampasının parıltısının bariz nümunəsini verə bilərik - daha güclü lampa daha çox istilik buraxır və işıq axınına malikdir.

Bir ampulü bir ohmmetr ilə yoxlasanız, daha güclü lampanın daha az müqavimət göstərdiyi ortaya çıxacaq. Aşağıdakı videoda müəllif ardıcıl və paralel əlaqələri nümayiş etdirir, lakin təəssüf ki, şərhində səhv etdi - lampa ilə böyük müqavimət, əksinə deyil.

Mexanik iş - Bufiziki kəmiyyət, olanskalyarfəaliyyətin kəmiyyət ölçüsügücvə ya cismə və ya sistemə təsir edən qüvvələr ədədi böyüklüyündən, qüvvənin(lərin) istiqamətindən vəhərəkətlərnöqtə(lər), gövdə və ya sistem

Elektrik cərəyanının gücü Vahid vaxtda görülən işə güc deyilir və hərflə qeyd olunur P.

A = P × t.

Güc bloku:

Güc bir vattmetr ilə ölçülür. Joule-Lenz qanunu- elektrik cərəyanının axını zamanı mühitin vahid həcminə ayrılan istilik gücü elektrik cərəyanının sıxlığı və elektrik sahəsinin gücünün böyüklüyünün hasilinə mütənasibdir.

vahid həcmdə istilik istehsal gücü haradadır, elektrik cərəyanının sıxlığı, elektrik sahəsinin gücü, σ mühitin keçiriciliyidir, nöqtə isə skalyar məhsulu bildirir.

.İnteqral formada bu qanun formaya malikdir (nazik naqillərdə cərəyan axını halında)

: Baxılan dövrənin kəsiyində vaxt vahidi üçün ayrılan istilik miqdarı bu bölmədə cərəyan qüvvəsinin kvadratının hasilinə və kəsiyinin müqavimətinə mütənasibdir.

Harada dQ- müəyyən müddət ərzində ayrılan istilik miqdarı dt, I- cari güc, R- müqavimət, Q- vaxt ərzində ayrılan istilik miqdarının ümumi miqdarı t 1 əvvəl t 2 . Sabit cərəyan və müqavimət halında:

Joule-Lenz qanununun diferensial formada törəməsi:

Əgər cərəyan stasionar metal keçiricidən keçirsə, onda cərəyanın gördüyü bütün işlər onu qızdırmağa gedir və enerjinin saxlanması qanununa görə,

Beləliklə, əldə edirik:

Bu ifadə Joule-Lenz qanununu təmsil edir.

35. Metalların klassik elektron nəzəriyyəsi. Bu nəzəriyyə əsasında birbaşa cərəyan qanunlarının çıxarılması. Metalların elektrik keçiriciliyinin kvant nəzəriyyəsi konsepsiyası.

Metallarda cərəyan daşıyıcıları sərbəst elektronlardır, yəni metal kristal şəbəkəsinin ionlarına zəif bağlanmış elektronlardır. Metallarda cərəyan daşıyıcılarının təbiəti haqqında bu fikir alman fiziki P.Drude tərəfindən yaradılmış metal keçiriciliyin elektron nəzəriyyəsinə əsaslanır.

Drude nəzəriyyəsinin əsas fərziyyələri.1) xarici elektromaqnit sahələri olmadıqda hər bir elektron düz xətt üzrə sabit sürətlə hərəkət edir. Bundan əlavə, xarici sahələrin mövcudluğunda elektronun Nyuton qanunlarına uyğun olaraq hərəkət etdiyinə inanılır; bu zaman digər elektronlar və ionlar tərəfindən yaradılan mürəkkəb əlavə sahələri nəzərə almadan yalnız bu sahələrin təsiri nəzərə alınır. sərbəst elektronların yaxınlaşması. 2) Drude modelində toqquşmalar elektronun sürətini qəfil dəyişən ani hadisələrdir. Drude onları elektronların ionların keçilməz nüvələrindən sıçraması ilə əlaqələndirdi 3) vaxt vahidinə bərabər bir ehtimalla elektron bir toqquşma yaşayır. Drude modelinin ən sadə tətbiqlərində, relaksasiya vaxtının elektronun məkan mövqeyindən və sürətindən asılı olmadığına inanılır. 4) Elektronların yalnız toqquşma nəticəsində ətrafları ilə istilik tarazlığı vəziyyətinə gəldiyi güman edilir.

Metalların elektrik keçiriciliyinin klassik nəzəriyyəsində elektrik cərəyanının əsas qanunlarının çıxarılması.

1. Ohm qanunu. Sərbəst yol zamanı elektronlar sərbəst yolun sonunda sürət əldə edərək bərabər sürətlə hərəkət edirlər.

Drude nəzəriyyəsinə görə, sərbəst yolun sonunda qəfəs ionları ilə toqquşan elektron onlara sahədə toplanmış enerjini verir, beləliklə onun nizamlı hərəkət sürəti sıfıra bərabər olur. Nəticə etibarilə, elektronun istiqamətli hərəkətinin orta sürəti

Metalların klassik nəzəriyyəsi elektronların sürət paylanmasını nəzərə almır, buna görə də biz Ohm qanununu diferensial formada əldə etdik.

2. Joule-Lenz qanunu. Sərbəst yolun sonunda sahənin təsiri altında olan elektron əlavə kinetik enerji əldə edir

Elektron bir ionla toqquşduqda, bu enerji tamamilə qəfəsə keçir və metalın daxili enerjisini artırmağa, yəni onu qızdırmağa gedir.

Buradan belə nəticə çıxır ki, ifadə diferensial formada Joule-Lenz qanunudur.

Metalların elektrik keçiriciliyinin kvant nəzəriyyəsi - kvant mexanikasına və Fermi-Dirak kvant statistikasına əsaslanan elektrik keçiriciliyi nəzəriyyəsi; .

Xüsusilə metalların elektrik keçiriciliyinin kvant nəzəriyyəsi xüsusi keçiriciliyin temperaturdan asılılığını izah edir:

Kvant nəzəriyyəsi elektronların hərəkətini onların kristal qəfəslə qarşılıqlı təsirini nəzərə alaraq nəzərdən keçirir. Dalğa-hissəcik ikililiyinə görə elektronun hərəkəti dalğa prosesi ilə əlaqələndirilir. İdeal bir kristal qəfəs) optik olaraq homojen bir mühit kimi davranır - "elektron dalğaları" səpmir. Bu, metalın elektrik cərəyanına - elektronların nizamlı hərəkətinə heç bir müqavimət göstərməməsinə uyğundur. İdeal kristal qəfəsdə yayılan “elektron dalğaları” sanki qəfəs düyünlərinin ətrafında dolaşır və xeyli məsafə qət edir.

Həqiqi bir kristal qəfəsdə həmişə qeyri-homogenliklər var, məsələn, çirklər və ya boşluqlar ola bilər; qeyri-homogenliklər də istilik dalğalanmalarından qaynaqlanır. Həqiqi bir kristal qəfəsdə "elektron dalğaları" metalların elektrik müqavimətinin səbəbi olan qeyri-homogenliklərlə səpələnir. Termal vibrasiya ilə əlaqəli qeyri-bərabərliklərlə "elektron dalğalarının" səpilməsi elektronların fononlarla toqquşması kimi qəbul edilə bilər.

Klassik nəzəriyyəyə görə, áu F ñ ~ ÖT, buna görə də həqiqi asılılığı izah edə bilmədi. saat temperaturda. Kvant nəzəriyyəsində orta sürət áu F ñ praktiki olaraq temperaturdan asılı deyil, çünki temperaturun dəyişməsi ilə Fermi səviyyəsinin praktiki olaraq dəyişməz qaldığı sübut edilmişdir. Bununla birlikdə, temperaturun artması ilə şəbəkənin istilik vibrasiyasına (fononlarda) "elektron dalğalarının" səpilməsi artır, bu da elektronların orta sərbəst yolunun azalmasına uyğun gəlir. Otaq temperaturunda b l F ñ ~ T -1, buna görə də, áuñ-nin temperaturdan asılılığını nəzərə alaraq, metalların müqavimətinin (R ~ l/q) eksperimental məlumatlara uyğun olaraq, T ilə mütənasib olaraq artır . Beləliklə, metalların elektrik keçiriciliyinin kvant nəzəriyyəsi klassik nəzəriyyənin bu çətinliyini aradan qaldırdı.

№36 Metalları tərk edən elektronların iş funksiyası. Formaya əsasən sabit cərəyan qanunlarının çıxarılması.

Təcrübə göstərir ki, sərbəst elektronlar adi temperaturda metalı praktiki olaraq tərk etmirlər. Elektronu metaldan vakuuma çıxarmaq üçün tələb olunan işə iş funksiyası deyilir.

Təmas iki fərqli metalın təmasda olması və onların arasında müxtəlif potensialların yaranmasıdır. Kontakt potensial fərqi metallar təmasda olduqda bəzi elektronların bir metaldan digərinə keçməsi ilə əlaqədardır.

burada e elektron yükü və çıxış potensialıdır.

burada m, e müvafiq olaraq elektronun kütləsi və yükü və elektronun metaldan çıxmazdan əvvəl və sonrakı sürətidir. Birinci və ikinci metallar arasındakı əlaqə potensialı fərqi elementar yükə bölünən ikinci və birinci metallar üçün iş funksiyalarının fərqinə bərabərdir.

Termoelektrik fenomen - metallarda və yarımkeçiricilərdə istilik və elektrik prosesləri arasında əlaqə var.

№37 Yarımkeçiricilər.

Yarımkeçirici- xüsusi keçiriciliyinə görə keçiricilərlə dielektriklər arasında aralıq mövqe tutan və xüsusi keçiriciliyin çirklərin konsentrasiyasından, temperaturdan və müxtəlif növ radiasiyaya məruz qalmasından güclü asılılığı ilə keçiricilərdən fərqlənən material. Yarımkeçiricinin əsas xüsusiyyəti artan temperaturla elektrik keçiriciliyinin artmasıdır.

Yarımkeçiricilər band boşluğu bir neçə elektron volt (eV) səviyyəsində olan maddələrdir. Məsələn, almaz kimi təsnif edilə bilər geniş boşluqlu yarımkeçiricilər, və indium arsenid - to dar boşluq. Yarımkeçiricilərə bir çox kimyəvi elementlər (germanium, silisium, selenium, tellur, arsen və s.), çox sayda ərintilər və kimyəvi birləşmələr (qallium arsenid və s.) Ətrafımızdakı dünyanın demək olar ki, bütün qeyri-üzvi maddələri yarımkeçiricilərdir. Təbiətdə ən çox yayılmış yarımkeçirici yer qabığının demək olar ki, 30%-ni təşkil edən silikondur.

Natəmizlik atomunun elektrondan imtina etməsindən və ya onu tutmasından asılı olaraq, çirkli atomlar donor və ya qəbuledici atomlar adlanır. Çirkinin təbiəti onun kristal qəfəsin hansı atomunu əvəz etməsindən və hansı kristalloqrafik müstəvidə yerləşdiyindən asılı olaraq dəyişə bilər.

№ 38 Maqnit sahəsi. Amper gücü. Maqnit sahəsinin induksiyası. Lorentz qüvvəsi. Maqnit sahəsində yüklü hissəciklərin hərəkəti.

Maqnit sahəsi- hərəkət vəziyyətindən asılı olmayaraq hərəkət edən elektrik yüklərinə və maqnit momenti olan cisimlərə təsir edən qüvvə sahəsi; elektromaqnit sahəsinin maqnit komponenti

Vahid maqnit sahəsinin verilmiş nöqtəsində maqnit induksiyası, çərçivənin normalı sahənin istiqamətinə perpendikulyar olduqda vahidə bərabər olan maqnit momenti ilə çərçivəyə təsir edən maksimum fırlanma momenti ilə müəyyən edilir. Maqnit sahəsi bir güc sahəsidir, onda elektrik sahəsinə bənzətməklə, maqnit induksiyası xətlərindən istifadə edərək təsvir edilmişdir - xətlər, hər nöqtədə tangenslər B vektorunun istiqaməti ilə üst-üstə düşür. Onların istiqaməti qayda ilə verilir. sağ vintin: cərəyan istiqamətində vidalanmış vintin başı maqnit induksiya xətləri istiqamətində fırlanır.

Maqnit sahəsi cərəyan keçirən çərçivəyə istiqamətləndirici təsir göstərir. Nəticə etibarilə, çərçivənin yaşadığı fırlanma momenti onun ayrı-ayrı elementlərinə qüvvələrin təsirinin nəticəsidir. Amper müəyyən etdi ki, maqnit sahəsinin bir keçirici elementə təsir etdiyi dF qüvvəsi d / maqnit sahəsində yerləşən cərəyanla bərabərdir.

Burada df vektor, böyüklüyü dl-ə bərabər və cərəyan istiqamətində üst-üstə düşür, B maqnit induksiyasının vektorudur.

d F vektorunun istiqaməti vektor məhsulunun ümumi qaydalarından istifadə etməklə tapıla bilər, buradan sol qayda aşağıdakı kimidir:

Təcrübə göstərir ki, maqnit sahəsi təkcə cərəyan keçirən keçiricilərə deyil, həm də maqnit sahəsində hərəkət edən ayrı-ayrı yüklərə də təsir edir, maqnit sahəsində v sürəti ilə hərəkət edən elektrik yükü Q-ya təsir edən qüvvə Lorentz qüvvəsi adlanır. ifadə etdi

Burada B yükün hərəkət etdiyi maqnit sahəsinin induksiyasıdır.

Lorentz qüvvəsinin istiqaməti sol qayda ilə müəyyən edilir:

№39 Bio-Savart-Laplas qanunu. Düz və dairəvi cərəyanların maqnit sahəsi. Hərəkət edən yükün maqnit sahəsi.

Biot-Savart qanunu-dl elementi A nöqtəsində (şək. 166) dB sahəsinin induksiyasını yaradan I drenajlı keçirici üçün Laplas şəklində yazılır. burada dl vektordur, modul keçirici elementin dl uzunluğuna bərabərdir və cərəyan istiqamətində üst-üstə düşür; r dirijorun dl elementindən sahənin A nöqtəsinə çəkilmiş radius vektoru r radius vektorunun modulu r istiqaməti df və r-ə perpendikulyardır, yəni. onların yerləşdiyi müstəviyə perpendikulyar və maqnit induksiya xəttinə toxunan ilə üst-üstə düşür. dD əgər vintin translyasiya hərəkəti elementdəki cərəyanın istiqamətinə uyğundursa . dB vektorunun böyüklüyü ifadə ilə müəyyən edilir burada a dl və r vektorları arasındakı bucaqdır. Bir maqnit sahəsi üçün, elektrik sahəsi üçün olduğu kimi, superpozisiya prinsipi etibarlıdır: bir neçə cərəyan və ya hərəkət edən yüklər tərəfindən yaradılan nəticədə sahənin maqnit induksiyasının vektoru əlavə edilmiş sahələrin yaratdığı maqnit induksiyasının vektor cəminə bərabərdir. hər cari və ya hərəkətli yük ayrıca: Birbaşa cərəyan maqnit sahəsi-sonsuz uzunluqlu nazik düz naqildən keçən cərəyan. R məsafəsində keçiricinin oxundan uzaq olan ixtiyari A nöqtəsində, bütün cari elementlərdən dB vektorları eyni istiqamətə malikdir, rəsm müstəvisinə perpendikulyar (“bizə doğru”). Buna görə dB vektorlarının əlavə edilməsi onların modullarının əlavə edilməsi ilə əvəz edilə bilər. İnteqrasiya sabiti olaraq bütün digər kəmiyyətləri onun vasitəsilə ifadə edərək a bucağı (d/ və r vektorları arasındakı bucaq) seçirik.

Cərəyan keçirən dairəvi keçiricinin mərkəzindəki maqnit sahəsi-Şəkil (1)-dən göründüyü kimi, cərəyanlı dairəvi keçiricinin bütün elementləri eyni istiqamətin mərkəzində - döngədən normal boyunca maqnit sahələri yaradır. Buna görə dB vektorlarının əlavə edilməsi onların modullarının əlavə edilməsi ilə əvəz edilə bilər, çünki keçiricinin bütün elementləri radius vektoruna (sina = 1) və keçiricinin bütün elementlərinin dairəvi cərəyanın mərkəzinə olan məsafəsinə dikdir. eyni və R bərabərdir, onda uyğun olaraq

Nəticə etibarilə, sahənin maqnit induksiyası cərəyanı olan dairəvi keçiricinin mərkəzindədir. Cərəyan daşıyan hər bir keçirici ətraf məkanda maqnit sahəsi yaradır.

Sahə. Elektrik cərəyanı elektrik yüklərinin nizamlı hərəkətini təmsil edir, ona görə də deyə bilərik ki, vakuumda və ya mühitdə hərəkət edən hər hansı yük öz ətrafında maqnit sahəsi yaradır. Eksperimental məlumatların ümumiləşdirilməsi nəticəsində qeyri-relativistik sürətlə sərbəst hərəkət edən Q nöqtə yükünün B sahəsini müəyyən edən qanun müəyyən edilmişdir v.Yükün sərbəst hərəkəti dedikdə onun sabit sürətlə hərəkətini nəzərdə tuturuq. Formula 12 burada r Q yükündən M müşahidə nöqtəsinə çəkilmiş radius vektorudur. № 40 Ümumi cərəyan qanunu. Solenoid və toroidin maqnit sahəsi. Maqnit axını.Ümumi cərəyan qapalı dövrə ilə məhdudlaşan səthdən keçən cərəyanların cəbri cəmidir. Bizim nümunəmizdə ümumi cərəyan Σ I I 1 və I 2 cərəyanlarının cəmidir:

Σ I = I 1 - I 2

Cərəyanların əlamətləri gimlet qaydası ilə müəyyən edilir.

İndi L konturu boyunca maqnit gərginliyini tapaq. Konturu düzxətli hesab edilə bilən seqmentlərə bölürük və seqmentlərin yerləşdiyi yerdəki maqnit sahəsi vahiddir. ΔL uzunluğunda belə bir seqment üçün maqnit gərginliyi U m:

Bütün dövrə L boyunca maqnit gərginliyi (bax: Maqnit gərginliyi)

U L = Σ H L * ΔL

Ümumi cərəyan dövrə boyunca maqnit gərginliyinə bərabərdir:

Σ I = Σ H L * ΔL Qapalı dövrə boyunca maqnit gərginliyi tez-tez deyilir maqnitomotor qüvvə. Qapalı dövrə boyunca maqnit gərginliyinin başqa bir adıdır maqnitləşdirici qüvvə.

Ümumi cərəyan qanununun tərifi: L qapalı kontur boyunca F maqnitomotor qüvvəsi bu konturla məhdudlaşan səthə nüfuz edən ümumi cərəyana Σ I bərabərdir. Ümumi cari qanun düsturu:

F = Σ I Maqnit axını S səthindən F - S səthindən keçən B maqnit induksiya vektorunun xətlərinin sayı.

Maqnit axını formulu:

burada α maqnit induksiya vektorunun B istiqaməti ilə S səthinin normalı arasındakı bucaqdır.

Maqnit axını düsturundan aydın olur ki, maksimum maqnit axını cos α = 1-də olacaq və bu, B vektoru S səthinin normalına paralel olduqda baş verəcək. Minimum maqnit axını cos α = 0, bu, B vektoru S səthinə normal perpendikulyar olduqda baş verəcək, çünki bu halda B vektorunun xətləri onu kəsmədən S səthi boyunca sürüşəcək. Və maqnit axınının tərifinə görə, yalnız maqnit induksiya vektorunun verilmiş səthi kəsən xətləri nəzərə alınır.

Maqnit axını veberlərdə (volt-saniyələrdə) ölçülür: 1 wb = 1 v * s. Bundan əlavə, Maksvell maqnit axını ölçmək üçün istifadə olunur: 1 wb = 10 8 μs. Müvafiq olaraq, 1 μs = 10 -8 vb.

Maqnit axını skalyar kəmiyyətdir.

 Nəzəriyyə: Elektrik cərəyanı keçiricidən keçdikdə, keçirici qızdırılır (dəmir, qıvrım dəmir, lehimləmə dəmiri).
Cərəyan keçirən bir keçiricinin yaratdığı istilik miqdarı cərəyanın kvadratına keçiricinin müqavimətinə və elektrik cərəyanının keçməsi üçün lazım olan vaxta vurulur. Q=I 2 Rt

Və ya Ohm qanununu nəzərə alaraq:

Müqaviməti 15 Ohm olan naqilli spiralda cərəyan 2 A olarsa, 10 dəqiqə ərzində hansı istilik miqdarı ayrılır?
Həll: Q=I 2 Rt, hamımız bilirik ki, I=2A, R=15Ohm, t=10min=600s.
Q=2 2 ·15·600=36000 J = 36 kJ.
Cavab: 36 kJ

Fizika üzrə OGE tapşırığı (fipi): Elektrik lehimləmə dəmiri 220 V gərginlikli bir dövrə bağlanır. 5 dəqiqə ərzində 36,3 kJ istilik miqdarını buraxdı. Lehimləmə dəmirinin müqaviməti nədir?
Fizika üzrə OGE tapşırığı (fipi): Hər birinin müqaviməti 10 Ohm olan elektrik sobasının iki spiralı sıra ilə birləşdirilir və gərginliyi 220 V olan şəbəkəyə birləşdirilir. 300 q ağırlığında alüminium qaba tökülən 1 kq ağırlığında su nə qədər vaxt aparacaq. bu sobada qaynadın, əgər onların ilkin temperaturu 20 ° C idi? Ətrafdakı havanı qızdırmaq üçün enerji itkilərinə laqeyd yanaşmayın.

Verildi:	SI	Həll:
R0 = 10 Ohm U =220 V t 1 = 20 ° C t 2 = 100 ° C m 1 = 1 kq m 2 = 300 q s 1 = 4200 J/(°C kq) s 2 = 920 J/(°C kq)	0,3 kq	Q 1 =c 1 m 1 (t 2 -t 1) - 20 ° C temperaturdan 100 ° C qaynama nöqtəsinə qədər qızdırmaq üçün 1 kq ağırlığında suya ötürülməli olan istilik miqdarı. Q 1 =4200·1·(100-20)=336000 J Q 2 =c 2 m 2 (t 2 -t 1) - 20 ° C temperaturdan 100 ° C qaynama nöqtəsinə qədər qızdırmaq üçün çəkisi 300 q olan alüminium tavaya ötürülməli olan istilik miqdarı. . Q 2 =920·0,3·(100-20)=22080 J ətrafdakı havanın qızdırılması üçün enerji itkilərini nəzərə almadığımızdan, Q = Q 1 + Q 2 elektrik sobalarında ayrılan enerjini alırıq. Q=336000+22080=358080 J Hər biri 10 ohm müqavimət göstərən bir elektrik plitəsinin iki spiralı ardıcıl olaraq bağlanır, kafelin ümumi müqaviməti R = R 0 + R 0, R = 10 + 10 = 20 Ohm Joule-Lenz qanununa görə Gəlin vaxtı ifadə edək: alırıq Cavab: 148 s
t - ?

Fizikada OGE tapşırığı: Birinci qazanın R 1 müqaviməti ikinci qazanın R 2 müqavimətindən 3 dəfə böyükdür. Eyni şəbəkəyə qoşulduqda, ikinci ilə müqayisədə birinci qazan tərəfindən vahid vaxtda buraxılan istilik miqdarı
1) 3 dəfə çox
2) 3 dəfə az
3) 9 dəfə çox
4) 9 kəsikdə azdır
Həll: Eyni şəbəkəyə qoşulduqda, Ohm qanununa görə, ikinci qazanın cari gücü daha böyükdür, çünki ikincinin müqaviməti üç dəfə azdır, Joule-Lenz qanununa görə Q = I 2 Rt, üç dəfə az istilik olacaq. ilk rezistorda sərbəst buraxılmalıdır.
Cavab: 2.
Fizikada OGE tapşırığı: 6 A cərəyanı olan elektrik sobası 1080 kJ enerji sərf edir. Müqaviməti 25 Ohm olarsa, cərəyanın kafelin spiralindən keçməsi üçün nə qədər vaxt lazımdır?
1) 7200 s
2) 1200 s
3) 7,2 s
4) 1,2 s

Fizikada OGE tapşırığı: Elektrik sobası 220 V şəbəkəyə qoşulursa, soba 20 dəqiqə işləmək üçün nə qədər enerji sərf edir, əgər onun sarğısından keçən cərəyan 5 A olar?
1) 22 kJ
2) 110 kJ
3) 1320 kJ
4) 4840 kJ
Həll: Ohm qanunundan əvvəlcə müqaviməti tapırıq, R = 220/5 = 44 Ohm, t = 20 min = 1200 s, Joule – Lenz qanununa görə Q=(220·220·1200)/44= 1320000 J = 1320 kJ.
Cavab: 3
Fizika üzrə OGE tapşırığı (fipi): 6 A cərəyanı olan elektrik sobası 120 saniyədə 108 kJ enerji sərf edir. Kafel spiralinin müqaviməti nədir?
Fizika üzrə OGE tapşırığı (fipi): 220 V şəbəkəyə qoşulmuş elektrik lampası 30 dəqiqə ərzində 1980 kJ elektrik enerjisi sərf edir. Onun spiralindən keçən cərəyanın gücü nə qədərdir?

Fizika üzrə OGE tapşırığı (fipi):İlkin temperaturu 10 °C olan 2,2 kq suyu elektrik qızdırıcısı nə qədər müddətə qaynadacaq? Qızdırıcıda cərəyan 7 A, şəbəkə gərginliyi 220 V, qızdırıcının səmərəliliyi 45% -dir.
Həll: Elektrik cərəyanı qızdırıcıdan keçdikdə, suyun m = 2,2 kq temperaturu t 1 = 10 ° C-dən t 2 = 100 ° C-yə qədər qızdırılması üçün istifadə olunan enerji ayrılır, suyun xüsusi istilik tutumu c = 4200 (J / kq) ° C) , istilik miqdarının düsturundan Q 1 =cm 1 (t 2 -t 1)= 4200·2.2(100-10)=831600 J - suyun qızdırılması üçün tələb olunan istilik miqdarını tapırıq.
Qızdırıcının səmərəliliyinin 45% olduğunu bilməklə, elektrik qızdırıcısının Q=Q 1 /0.45=1848000 J nə qədər istilik buraxdığını tapacağıq.
Q=IUt düsturundan t=Q/(IU)=1848000/(7·220)=1200 s = 20 dəqiqə vaxtı ifadə edirik.
Cavab: 20 dəqiqə.
OGE 2019-un demo versiyası üçün tapşırıq:Şəkildə üç rezistordan və iki K 1 və K 2 açarından ibarət elektrik dövrəsinin diaqramı göstərilir. A və B nöqtələrinə sabit bir gərginlik tətbiq olunur. 1 s-də dövrədə ayrılan maksimum istilik miqdarı əldə edilə bilər

1) yalnız K 1 açarı bağlıdırsa
2) yalnız K 2 açarı bağlıdırsa
3) hər iki düymə bağlıdırsa
4) hər iki açar açıqdırsa
Həll: Joule-Lenz qanununa görə , gərginlik sabitdirsə, müqavimət azaldıqca dövrədə yaranan istilik miqdarı artır. Buna görə də dövrədə yaranan istilik miqdarını maksimuma çatdırmaq üçün dövrənin müqavimətini azaltmaq lazımdır. Bir neçə rezistorun paralel müqaviməti ilə onların ümumi müqaviməti fərdi rezistorun müqavimətindən azdır. Hər iki açar bağlandıqda müqavimət minimal olacaq. Müqavimət minimal olacaq və dövrədə yaranan istilik miqdarı maksimum olacaqdır

Bədənin iş istehsal etmək qabiliyyəti deyilir bədən enerjisi. Beləliklə, enerji miqdarının ölçüsü işdir. Bədənin enerjisi nə qədər böyükdürsə, bu bədən hərəkəti zamanı bir o qədər çox iş çıxara bilər. Enerji yox olmur, bir formadan digərinə keçir. Məsələn, generatorda mexaniki enerji elektrik enerjisinə, mühərrikdə isə elektrik enerjisi mexaniki enerjiyə çevrilir. Bununla belə, bütün enerji faydalı deyil, yəni. onun bir hissəsi mənbə və naqillərin daxili müqavimətini aradan qaldırmağa sərf olunur.

Elektrik cərəyanının işi ədədi olaraq dövrədə gərginliyin, cərəyanın və onun keçdiyi vaxtın məhsuluna bərabərdir. Ölçü vahidi Joule-dir.

Elektrik cərəyanının işini və ya enerjisini ölçmək üçün elektrik ölçmə aləti istifadə olunur - elektrik enerjisi sayğacı.

Elektrik enerjisi, joule əlavə olaraq ölçülür vatt saat və ya kilovat saat:

1 Wh = 3600 J, 1 kWh = 1000 Wh.

Elektrik cərəyanının gücü – vaxt vahidi üçün istehsal olunan (və ya istehlak edilən) işdir. Ölçü vahidi Watt-dır.

Elektrik cərəyanının gücünü ölçmək üçün bir elektrik ölçmə cihazı istifadə olunur - vattmetr.

Çoxlu güc vahidləri kilovat və ya meqavatdır:

1 kVt = 1,000 Vt, 1 MV = 1,000,000 Vt.

Cədvəldə 1 bir sıra cihazların gücünü göstərir.

Cədvəl 1

Cihaz adı	Cihazın gücü, kVt
Fənər lampası
Ev soyuducusu
İşıqlandırma lampaları (məişət)
Elektrikli dəmir
Paltaryuyan maşın
Elektrik sobası	0,6; 0,8; 1; 1,25
Elektrikli tozsoran
Kreml qüllələrinin ulduzlarında lampalar
Elektrik lokomotiv mühərriki VL10
Prokat dəyirmanı elektrik mühərriki
Bratsk su elektrik stansiyasının hidrogeneratoru
Turbogenerator	50 000 − 1 200 000

Güc, cərəyan, gərginlik və müqavimət arasındakı əlaqələr Şəkildə göstərilmişdir. 1.

P U

I R

R·I

düyü. 1

Mənbədə mexaniki və ya başqa enerjinin elektrik enerjisinə çevrilmə sürəti deyilir mənbə gücü:

Harada W Və– mənbənin elektrik enerjisi.

Qəbuledicidə elektrik enerjisinin digər enerji növlərinə, xüsusən də istilik enerjisinə çevrilmə sürətinə deyilir. qəbuledicinin gücü:

Məcburi enerji istehlakını təyin edən güc, məsələn, bir mənbədə və ya keçiricilərdə istilik itkiləri üçün güc itkisi adlanır:

Enerjinin qorunması qanununa görə, mənbənin gücü istehlakçıların və itkilərin güclərinin cəminə bərabərdir:

Bu ifadə ifadə edir güc balansı.

Mənbədən qəbulediciyə enerji ötürülməsinin səmərəliliyi mənbənin performans əmsalı (COP) ilə xarakterizə olunur:

Harada R 1 və ya R ist – enerji mənbəyi tərəfindən xarici dövrəyə verilən enerji;

R 2 – xaricdən alınan və ya istehlak edilən enerji;

∆P və ya R 0 (R vn ) – enerji mənbəyində və ya alıcısında itkiləri aradan qaldırmaq üçün sərf olunan güc.

Elektrik cərəyanı elektrik yüklü hissəciklərin istiqamətləndirilmiş hərəkətidir. Hərəkət edən hissəciklər maddənin molekulları və ionları ilə toqquşduqda, hərəkət edən hissəciklərin kinetik enerjisi ionlara və molekullara ötürülür, nəticədə keçirici qızdırılır. Beləliklə, elektrik enerjisi istilik enerjisinə çevrilir.

1844-cü ildə rus akademiki E.H. Lenz və ingilis alimləri Joulem eyni vaxtda və bir-birindən asılı olmayaraq, cərəyanın istilik təsirini təsvir edən bir qanun kəşf edildi.

Joule-Lenz qanunu : Elektrik cərəyanı keçiricidən keçdikdə, keçiricinin yaratdığı istilik miqdarı cərəyanın kvadratına, keçiricinin müqavimətinə və elektrik cərəyanının keçiricidən keçdiyi vaxta düz mütənasibdir:

HaradaQ- istilik miqdarı, J,I– cərəyan gücü, A;R– keçiricinin müqaviməti, Ohm;t– elektrik cərəyanının keçiricidən keçdiyi vaxt, s.

Joule-Lenz qanunu elektrik mənbələrinin, elektrik xətlərinin, istehlakçıların və elektrik dövrəsinin digər elementlərinin istilik şərtlərinin hesablanmasında istifadə olunur. Elektrik enerjisinin istiliyə çevrilməsi çox böyük praktik əhəmiyyətə malikdir. Eyni zamanda, istilik effekti bir çox hallarda zərərli olur (şək. 2).

Məzmun:

Məşhur rus fiziki Lenz və ingilis fiziki Joule elektrik cərəyanının istilik effektlərini öyrənmək üçün təcrübələr apararaq müstəqil olaraq Coul-Lenz qanununu çıxardılar. Bu qanun bir keçiricidə yaranan istilik miqdarı ilə müəyyən bir müddət ərzində bu keçiricidən keçən elektrik cərəyanı arasındakı əlaqəni əks etdirir.

Elektrik cərəyanının xüsusiyyətləri

Elektrik cərəyanı metal keçiricidən keçdikdə onun elektronları daim müxtəlif yad hissəciklərlə toqquşur. Bunlar adi neytral molekullar və ya elektron itirmiş molekullar ola bilər. Hərəkət prosesində bir elektron neytral molekuldan başqa bir elektronu ayıra bilər. Nəticədə onun kinetik enerjisi itir və molekulun əvəzinə müsbət ion əmələ gəlir. Digər hallarda elektron, əksinə, müsbət ionla birləşərək neytral molekul əmələ gətirir.

Elektronlar və molekullar arasında toqquşma prosesində enerji istehlak olunur, bu da sonradan istiliyə çevrilir. Müəyyən miqdarda enerjinin xərclənməsi müqavimətin aradan qaldırılması lazım olan bütün hərəkətlərlə əlaqələndirilir. Bu zaman sürtünmə müqavimətini aradan qaldırmaq üçün sərf olunan iş istilik enerjisinə çevrilir.

Joule Lenz qanununun düsturu və tərifi

Lenz Joule qanununa görə, keçiricidən keçən elektrik cərəyanı cərəyanın kvadratına və müqavimətə, eləcə də bu cərəyanın keçiricidən keçmə vaxtı ilə düz mütənasib olan istilik miqdarı ilə müşayiət olunur.

Düstur şəklində Joule-Lenz qanunu aşağıdakı kimi ifadə edilir: Q = I 2 Rt, burada Q sərbəst buraxılan istilik miqdarını, I - , R - keçirici müqavimətini, t - vaxt müddətini göstərir. "K" dəyəri işin istilik ekvivalentini təmsil edir və istilik miqdarının kalorilərlə, cərəyanla, Ohm-da müqavimətlə və saniyələrlə vaxtla ölçüldüyü hallarda istifadə olunur. K-nin ədədi dəyəri 0,24-dür, bu, 1 amperlik cərəyana uyğundur, 1 Ohm keçirici müqaviməti ilə 1 saniyə ərzində 0,24 kkal-a bərabər istilik miqdarını buraxır. Buna görə də, kalorilərdə ayrılan istilik miqdarını hesablamaq üçün Q = 0.24I 2 Rt düsturu istifadə olunur.

SI vahid sistemindən istifadə edərkən istilik miqdarı joul ilə ölçülür, buna görə də Joule-Lenz qanununa münasibətdə "k" dəyəri 1-ə bərabər olacaq və düstur belə görünəcək: Q = I 2 Rt. I = U/R görə. Bu cari dəyər əsas düsturla əvəz edilərsə, o, aşağıdakı formanı alacaq: Q = (U 2 /R)t.

Əsas düstur Q = I 2 Rt ardıcıl qoşulma halında ayrılan istilik miqdarını hesablayarkən istifadə etmək çox rahatdır. Bütün keçiricilərdə cərəyan gücü eyni olacaq. Bir neçə keçirici eyni anda ardıcıl olaraq birləşdirildikdə, onların hər biri keçiricinin müqavimətinə mütənasib olacaq qədər istilik buraxacaq. Mis, dəmir və nikeldən hazırlanmış üç eyni tel ardıcıl olaraq bağlanarsa, maksimum istilik miqdarı sonuncu tərəfindən buraxılacaqdır. Bu, nikelin ən yüksək müqaviməti və bu telin daha güclü istiləşməsi ilə bağlıdır.

Eyni keçiricilər paralel olaraq birləşdirildikdə, onların hər birində elektrik cərəyanının dəyəri fərqli olacaq və uclarda gərginlik eyni olacaqdır. Bu halda hesablamalar üçün Q = (U 2 /R)t düsturu daha münasibdir. Bir keçiricinin yaratdığı istilik miqdarı onun keçiriciliyinə tərs mütənasib olacaqdır. Beləliklə, Joule-Lenz qanunu elektrik işıqlandırma qurğularının, müxtəlif istilik və istilik cihazlarının, eləcə də elektrik enerjisinin istiliyə çevrilməsi ilə əlaqəli digər cihazların hesablanması üçün geniş istifadə olunur.

Joule-Lenz qanunu. Elektrik cərəyanının işi və gücü