Тұрақты электр тоғы. Тізбек бөлігіне, толық тізбекке арналған Ом заңы. Электр қозғаушы күш.

Электр тогы (Э.т) – электр қозғаушы күштің әсерінен зарядтардың (зарядталған бөлшектер немесе дене) бағытталған қозғалысы. Бұл зарядталған бөлшектер: өткізгіштерде —электрондар, электролиттерде —иондар (катиондар мен аниондар), газда —иондар мен электрондар, арнайы жағдайдағы вакуумда — электрондар, жартылай өткізгіштерде —электрондар мен кемтіктер (электронды-кемтіктік өтімділік) болып табылады.

Электр тогы энергетика саласында — энергияны алыс қашықтыққа жеткізу үшін, ал телекоммуникация саласында — ақпаратты шалғайға тасымалдау үшін қолданылады.

Электр тогының бағыты шартты түрде өткізгіштердегі оң заряд тасушылардың орын ауыстыру бағыты алынады, бірақ өткізгіштердегі заряд тасушылардың заряды теріс (мысалы, металда электрон) болғандықтан ток бағыты электрондардың бағытына қарсы келеді.

Токтың тұрақты ток (ағылш. direct current, DC) (англ. direct current, DC) және айнымалы ток (ағылш. alternating current, AC) деп аталатын екі түрі бар.

· Тұрақты ток — уақыт бойынша бағыты және шамасы аз өзгереді.

Қарама-қарсы таңбалы зарядтар тасыйтын екi ток өткiзетiн денелердi алайық. Егер осы денелердi өткiзгiш арқылы қоссақ, сол зарядтардың электр өрiсiнiң әсерiнен өткiзгiште электр тогы пайда болады (5.5 сурет). Бiрақ бұл ток өте қысқа уақыт болады. Екi дене арасындағы электр өрiсi әлсiзденедi де, ақыр аяғында денелердiң потенциалдары теңесуiнiң нәтижесiнде жоқ болады.

5.5-сурет

Ток тұрақты болуы үшiн өткiзгiштiң ұштарындағы потенциалдардың айырымы тұрақты болуы қажет, яғни өткiзгiште өзгермейтiн электр өрiсi болуы керек. Ол үшiн денелердiң зарядтарға әсер ететiн электростатикалық күшiнiң бағытына қарама-қарсы бағытта зарядтарды бiр денеден екiншi денеге тасымалдайтын ерекше құрылғы – ток көзi керек. Мұндай құрылғыда зарядтарға, электр күштерден басқа тегi электрлiк емес күштер әсер ету тиiс (5.5 сурет). Мұндай күштердi бөгде күштер дейдi.

5.6-сурет

Тұйық контурдағы электр қозғаушы күш (қысқаша ЭҚК) зарядты контурдың бойымен орын ауыстыруындағы бөгде күштердiң жұмысының сол зарядқа қатынасын анықтайды:

. (5.13)

Толық тiзбек үшiн Ом заңы. ЭҚК-i ε, кедергiсi r (iшкi кедергi) ток көзiнен кедергiсi R болатын сыртқы тiзбек бөлiгiнен тұратын тұйық тiзбектек үшiн Ом заңы

(5.14)

формуласымен өрнектеледi (5.6 сурет). Тұйық тiзбектегi ток күшi ток көзiнiң ЭҚК-нiң, тiзбектiң сыртқы және iшкi кедергiлер қосындысына қатынасына тең.

Немiс физигi Георг Ом ток күшi тiзбектiң бөлiгiндегi кернеуге тура пропорционал екенiн тапты:

I~U .

Ол өткiзгiштi басқа өткiзгiшпен ауыстырғанда тiзбектегi кернеу дәл сондай, ал ток күшi өзгеше болатынын байқады. Демек, әр түрлi өткiзгiштер тiзбектегi ток күшiн әр түрлi шектейдi. Тәжiрибелер нәтижелерiн математикаша былай жазуға болады:

немесе , (5.3)

мұндағы -пропорционал коэффициентi, ол өткiзгiштердiң қасиетiне тәуелдi. Өткiзгiштiң тiзбектегi ток күшiн шектеу қасиетiн сипаттайтын шама кедергi деп аталады. Еркiн электрондардың кристалл торының иондарымен соқтығысуы өткiзгiш кедергiсiне себеп болады.

(5.3) өрнегi бойынша, ток күшi тiзбек бөлшегiндегi кернеуге тура пропорционал және сол бөлшектiң кедергiсiне керi пропорционал болады (5.1 сурет):

5.1-сурет

(5.3) формула тiзбектiң бөлiгi үшiн Ом заңын өрнектейдi

Ом заңы бойынша өткiзгiш кедергiсi өткiзгiштiң ұштарындағы кернеудiң ток күшiне қатынасына тең:

. (5.4)

Халықаралық бiрлiктер жүйесiнде СИ кедергi оммен (1 Ом) өлшенедi:

.

Электр Қозғаушы Күш – электр тізбегіне жалғанған, табиғаты электрстатикалық емес энергия көзі. Тек қана электрстатик. күштер тұйық тізбекпен тұрақты токтың үздіксіз жүруін қамтамасыз ете алмайды. Өйткені бұл күштердің тұйық контур бойымен зарядты қозғалтуы үшін жұмсайтын жұмысы нөлге тең, ал ток жүрген кезде әдетте энергия шығыны болады. Сондықтан тұйық контурмен үздіксіз ток жүруі үшін электр тізбегінен тыс басқа бір энергия көзі болу керек. Бұл энергия көзі энергияны сырттан ала отырып, оны зарядтардың қозғалыс энергиясына айналдырады да, қосымша электр өрісін (Е) тудырады. Мұндай қосымша электр өрісі күшінің тұйық контур бойымен істейтін жұмысы нөлге тең болмайды: . Е' шамасы Э. қ. к. деп аталады және оның шамасы бірлік зарядты қозғалтуға кететін электрстатик. емес күштердің жұмысына тең. Потенциал сияқты Э. қ. к-тің де өлшеу бірлігі – вольт (в). Электролиттердегі иондардың диффузиясы, контур арқылы өткен магнит ағынының өзгеруі (эл.-магн. индукция), т.б. Э. қ. к-ін тудырады.