Омын хууль нь цахилгаан хэлхээний үндсэн хууль юм. Үүний зэрэгцээ байгалийн олон үзэгдлийг тайлбарлах боломжийг бидэнд олгодог. Жишээлбэл, цахилгаан утаснууд дээр сууж буй шувуудыг яагаад "цохихгүй" байгааг ойлгож болно. Физикийн хувьд Ом-ын хууль маш чухал юм. Түүний мэдлэггүйгээр тогтвортой цахилгаан хэлхээ үүсгэх боломжгүй эсвэл электроник огт байхгүй байх байсан.
Хараат I=I(U) ба түүний утга
Материалуудын эсэргүүцлийг нээсэн түүх нь гүйдлийн хүчдлийн шинж чанартай шууд холбоотой. Энэ юу вэ? Тогтмол цахилгаан гүйдэл бүхий хэлхээг авч, түүний аль нэг элементийг авч үзье: чийдэн, хийн хоолой, металл дамжуулагч, электролитийн колбо гэх мэт.
Тухайн элементэд нийлүүлсэн U хүчдэлийг (ихэвчлэн V гэж нэрлэдэг) өөрчилснөөр бид түүгээр дамжин өнгөрөх гүйдлийн (I) хүч чадлын өөрчлөлтийг хянах болно. Үүний үр дүнд бид I \u003d I (U) хэлбэрийн хамаарлыг олж авах бөгөөд үүнийг "элементийн хүчдэлийн шинж чанар" гэж нэрлэдэг бөгөөд түүний шууд үзүүлэлт юм.цахилгаан шинж чанар.
V/A шинж чанар нь өөр өөр элементүүдийн хувьд өөр харагдаж болно. Түүний хамгийн энгийн хэлбэрийг Георг Ом (1789 - 1854) хийсэн металл дамжуулагчийг авч үзэх замаар олж авдаг.
Вольт-амперийн шинж чанар нь шугаман хамаарал юм. Тиймээс түүний график нь шулуун байна.
Хуулийг хамгийн энгийнээр нь
Ом-ийн дамжуулагчийн гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанарын талаархи судалгаагаар металл дамжуулагчийн доторх гүйдлийн хүч нь түүний төгсгөлийн потенциалын зөрүүтэй (I ~ U) пропорциональ ба тодорхой коэффициенттэй урвуу пропорциональ, өөрөөр хэлбэл I. ~ 1/R. Энэ коэффициентийг "дамжуулагчийн эсэргүүцэл" гэж нэрлэх болсон бөгөөд цахилгаан эсэргүүцлийг хэмжих нэгж нь Ом эсвэл V/A байв.
Дахин нэг зүйлийг анхаарах хэрэгтэй. Хэлхээн дэх эсэргүүцлийг тооцоолоход Ом-ын хуулийг ихэвчлэн ашигладаг.
Хуулийн найруулга
Омын хуулинд хэлхээний нэг хэсгийн гүйдлийн хүч (I) нь энэ хэсгийн хүчдэлтэй пропорциональ, эсэргүүцэлтэй урвуу пропорциональ байна.
Энэ хэлбэрээр хууль нь зөвхөн гинжин хэлхээний нэгэн төрлийн хэсэгт л үнэн хэвээр байдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Нэг төрлийн гэдэг нь одоогийн эх үүсвэр агуулаагүй цахилгаан хэлхээний хэсэг юм. Нэг төрлийн бус хэлхээнд Ом-ын хуулийг хэрхэн ашиглах талаар доор хэлэлцэх болно.
Хожим нь энэ хууль шийдлийн хувьд хүчинтэй хэвээр байгаа нь туршилтаар тогтоогдсонцахилгаан хэлхээн дэх электролитууд.
Эсэргүүцлийн физик утга
Эсэргүүцэл гэдэг нь цахилгаан гүйдэл дамжуулахаас сэргийлэх материал, бодис эсвэл зөөвөрлөгчийн өмч юм. Тоон утгаараа 1 ом эсэргүүцэл гэдэг нь төгсгөлд нь 1 В хүчдэлтэй дамжуулагчийн хувьд 1 А цахилгаан гүйдэл дамжих боломжтой гэсэн үг юм.
Цахилгаан эсэргүүцэл
Туршилтаар дамжуулагчийн цахилгаан гүйдлийн эсэргүүцэл нь түүний хэмжээсээс хамаарна: урт, өргөн, өндөр. Мөн түүнчлэн түүний хэлбэр (бөмбөрцөг, цилиндр) болон хийсэн материал дээр. Тиймээс, жишээлбэл, нэгэн төрлийн цилиндр дамжуулагчийн эсэргүүцлийн томъёо нь: R \u003d pl / S.
Хэрэв бид энэ томьёонд s=1 m2 ба l=1 м гэж байвал R нь тоон хувьд p-тэй тэнцүү болно. Эндээс SI дахь дамжуулагчийн эсэргүүцлийн коэффициентийг хэмжих нэгжийг тооцоолно - энэ нь Омм.
Өөршлийн эсэргүүцлийн томъёонд p нь дамжуулагчийг хийсэн материалын химийн шинж чанараар тодорхойлогддог эсэргүүцлийн коэффициент юм.
Омын хуулийн дифференциал хэлбэрийг авч үзэхийн тулд бид өөр хэдэн ойлголтыг авч үзэх хэрэгтэй.
Одоогийн нягт
Таны мэдэж байгаагаар цахилгаан гүйдэл нь аливаа цэнэглэгдсэн бөөмсийн хатуу дараалсан хөдөлгөөн юм. Жишээлбэл, металлын хувьд гүйдэл дамжуулагч нь электрон, дамжуулагч хийд ион юм.
Одоогийн бүх операторын хувьд өчүүхэн тохиолдлыг авч үзьенэгэн төрлийн - металл дамжуулагч. Энэ дамжуулагчийн хязгааргүй бага эзэлхүүнийг оюун ухаанаар ялгаж, өгөгдсөн эзэлхүүн дэх электронуудын дундаж (зөрөх, эрэмбэлэгдсэн) хурдыг u-аар тэмдэглэе. Цаашлаад нэгж эзэлхүүн дэх гүйдлийн дамжуулагчийн концентрацийг n гэж тэмдэглэе.
Одоо u векторт перпендикуляр хязгааргүй жижиг dS талбайг зурж, хурдны дагуу udt өндөртэй хязгааргүй жижиг цилиндрийг байгуулъя, энд dt нь авч үзэж буй эзэлхүүнд агуулагдах гүйдлийн бүх хурдны тээвэрлэгч өнгөрөх хугацааг илэрхийлнэ. dS бүсээр дамжин.
Энэ тохиолдолд q=neudSdt-тэй тэнцэх цэнэгийг электронууд e нь электроны цэнэг болох талбайгаар дамжуулна. Тиймээс цахилгаан гүйдлийн нягт нь j=neu вектор бөгөөд нэгж талбайд нэгж хугацаанд шилжсэн цэнэгийн хэмжээг илэрхийлнэ.
Омын хуулийн дифференциал тодорхойлолтын нэг давуу тал нь та эсэргүүцлийг тооцоолохгүйгээр даван туулах боломжтой байдаг.
Цахилгаан цэнэг. Цахилгаан орны хүч
Цахилгаан цэнэгийн хамт талбайн хүч нь цахилгааны онолын үндсэн үзүүлэлт юм. Үүний зэрэгцээ тэдгээрийн тоон санааг сургуулийн хүүхдүүдэд хийх боломжтой энгийн туршилтуудаас олж авах боломжтой.
Хялбар болгохын тулд бид электростатик талбарыг авч үзэх болно. Энэ бол цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөггүй цахилгаан орон юм. Ийм талбарыг хөдөлгөөнгүй цахилгаан цэнэг үүсгэж болно.
Мөн манай зорилгоор туршилтын төлбөр шаардлагатай. Түүний хүчин чадлаар бид цэнэглэгдсэн биеийг ашиглах болно - маш жижиг тул энэ нь үүсгэх чадваргүй юмэргэн тойрон дахь объектуудад ямар нэгэн хямрал (цэнэг дахин хуваарилалт).
Электростатик талбайн нөлөөн дор сансар огторгуйн нэг цэгт дараалан байрлуулсан туршилтын хоёр цэнэгийг ээлжлэн авч үзье. Энэ нь түүний зүгээс төлбөрт цаг хугацааны хувьд өөрчлөгдөөгүй нөлөө үзүүлэх болно. F1 ба F2-г цэнэгүүдэд үйлчлэх хүч гэж үзье.
Туршилтын өгөгдлүүдийг нэгтгэн дүгнэсний үр дүнд F1 ба F2 хүчнүүд нэг эсвэл нэг чиглэлд чиглэгддэг болох нь тогтоогдсон. эсрэг чиглэлд, тэдгээрийн F1/F2 харьцаа нь туршилтын цэнэгүүдийг ээлжлэн байрлуулсан орон зайн цэгээс хамааралгүй юм. Тиймээс F1/F2 харьцаа нь цэнэгийн өөрийнх нь шинж чанар бөгөөд тухайн талбараас хамаарахгүй.
Энэ баримтыг нээсэн нь биеийн цахилгаанжилтыг тодорхойлох боломжийг олгосон бөгөөд хожим нь цахилгаан цэнэг гэж нэрлэгдсэн. Тиймээс, тодорхойлолтоор бол q1/q2=F1/F 2 , энд q1 ба q2 - талбарын нэг цэгт байршуулсан төлбөрийн хэмжээ, F 1 ба F2 - талбайн хажуугийн цэнэгүүдэд үйлчлэх хүч.
Ийм дүгнэлтээс харахад янз бүрийн бөөмсийн цэнэгийн хэмжээг туршилтаар тогтоосон. Туршилтын хураамжийн аль нэгийг нөхцөлт байдлаар нэгтэй тэнцүү болгосноор та F1/F2 харьцааг хэмжиж нөгөө хураамжийн утгыг тооцоолж болно..
Ямар ч цахилгаан талбарыг мэдэгдэж буй цэнэгээр тодорхойлж болно. Ийнхүү тайван байдалд байгаа нэгж туршилтын цэнэгт үйлчлэх хүчийг цахилгаан орны хүч гэж нэрлэх ба E гэж тэмдэглэнэ. Цэнэгийн тодорхойлолтоос үзэхэд хүч чадлын вектор нь дараах хэлбэртэй байна: E=F/q.
j ба E векторуудын холболт. Ом хуулийн өөр нэг хэлбэр
Нэг төрлийн дамжуулагчийн хувьд цэнэгтэй бөөмсийн эмх цэгцтэй хөдөлгөөн Е векторын чиглэлд явагдана. Энэ нь j ба E векторууд хамтран чиглэнэ гэсэн үг. Одоогийн нягтыг тодорхойлохын нэгэн адил бид дамжуулагч дахь хязгааргүй жижиг цилиндр эзэлхүүнийг сонгоно. Дараа нь jdS-тэй тэнцүү гүйдэл энэ цилиндрийн хөндлөн огтлолоор дамжин өнгөрөх ба цилиндрт өгсөн хүчдэл нь Edl-тэй тэнцүү байна. Цилиндрийн эсэргүүцлийн томъёог бас мэддэг.
Тэгээд гүйдлийн хүч чадлын томьёог хоёр янзаар бичвэл бид дараахийг олж авна: j=E/p, энд 1/p утгыг цахилгаан дамжуулах чанар гэж нэрлэдэг ба цахилгаан эсэргүүцлийн урвуу утга юм. Үүнийг ихэвчлэн σ (сигма) эсвэл λ (ламбда) гэж тэмдэглэдэг. Дамжуулах чадварын нэгж нь Sm/m, Sm нь Siemens. Ом-ын урвуу нэгж.
Тиймээс бид нэгэн төрлийн бус хэлхээний Ом хуулийн талаар дээр тавьсан асуултад хариулж чадна. Энэ тохиолдолд гүйдэл дамжуулагчдад E1 эрчмээр тодорхойлогддог электростатик талбайн хүч болон өөр гүйдлийн эх үүсвэрээс тэдгээрт үйлчлэх бусад хүчнүүд нөлөөлнө. E 2 гэж тодорхойлсон. Дараа нь Ом-ын хуулийг хэрэглэсэнгинжин хэлхээний нэг төрлийн бус хэсэг нь дараах байдлаар харагдах болно: j=λ(E1 + E2).
Дамжуулах чадвар ба эсэргүүцлийн талаар дэлгэрэнгүй
Дамжуулагчийн цахилгаан гүйдэл дамжуулах чадвар нь түүний эсэргүүцлээр тодорхойлогддог бөгөөд үүнийг эсэргүүцлийн томьёо эсвэл дамжуулалтын эсрэгээр тооцсон дамжуулагчаар олж болно. Эдгээр параметрийн утгыг дамжуулагч материалын химийн шинж чанар болон гадаад нөхцөлөөр тодорхойлно. Ялангуяа орчны температур.
Ихэнх металлын хувьд хэвийн температурын эсэргүүцэл нь түүнтэй пропорциональ, өөрөөр хэлбэл p ~ T. Гэхдээ бага температурт хазайлт ажиглагддаг. Олон тооны металл ба хайлшийн хувьд 0 ° К-ийн ойролцоо температурт эсэргүүцлийн тооцоо нь тэг утгыг харуулсан. Энэ үзэгдлийг хэт дамжуулагч гэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, мөнгөн ус, цагаан тугалга, хар тугалга, хөнгөн цагаан гэх мэт ийм шинж чанартай байдаг. Метал бүр өөрийн гэсэн чухал температуртай Tk бөгөөд энэ үед хэт дамжуулагчийн үзэгдэл ажиглагддаг.
Цилиндрийн эсэргүүцлийн тодорхойлолтыг ижил материалаар хийсэн утсанд нэгтгэж болно гэдгийг анхаарна уу. Энэ тохиолдолд эсэргүүцлийн томъёоны хөндлөн огтлолын талбай нь утасны хөндлөн огтлолтой тэнцүү байх ба l - түүний урттай байна.
