Įvadas
Elektra yra neatsiejama šiuolaikinio gyvenimo dalis, o elektros grandinės yra daugelio prietaisų ir sistemų pagrindas. Šių grandinių veikimą apibūdina įtampa ir srovė - du pagrindiniai parametrai, kurie yra glaudžiai susiję. Šiame straipsnyje išsamiai nagrinėsime įtampos ir srovės priklausomybę, aptarsime jų apibrėžimus, matavimo vienetus, tarpusavio ryšį ir svarbą elektros grandinėse.
Elektros srovė: kryptingas elektringų dalelių judėjimas
Elektros srovė - tai kryptingas elektringų dalelių, tokių kaip elektronai, judėjimas. Srovė teka tol, kol išsilygina sujungtų kūnų potencialai, o tada išnyksta elektrinis laukas jungiančiuose laidininkuose ir krūvių judėjimas liaujasi. Norint gauti nenutrūkstamą srovę, reikia nuolatos papildyti vieno kūno krūvį, palaikyti aukštesnį jo potencialą - sudaryti laidininke nuolatinį potencialų skirtumą bei nuolatinį elektrinį lauką. Tai gali atlikti srovės šaltinis, sudarantis pastovią įtampą.
Pagal susitarimą, elektros srovės kryptimi laikoma teigiamųjų krūvininkų judėjimo kryptis. Tačiau elektronai grandinėje juda nuo šaltinio neigiamo poliaus, kur yra jų perteklius, link teigiamo, priešingai nei srovės kryptis. Elektrinis laukas plinta didžiausiu gamtoje greičiu (3 * 10^8 m/s), o elektronai juda laidininke lėtai, dreifuodami viena kryptimi bechaotiško labai intensyvaus šiluminio judėjimo.
Srovės stiprumas
Srovės stiprumas ($I$) yra fizikinis dydis, lygus elektros krūviui ($\Delta q$), pratekėjusiam pro laidininko skerspjūvį per laiko vienetą ($\Delta t$). Jis matuojamas amperais (A), o amperas yra vienas iš pagrindinių SI vienetų: $1 , \text{A} = 1 , \text{C} / 1 , \text{s}$. Prietaisai srovei matuoti vadinami ampermetrais. Srovė, kurios kryptis bei stiprumas laikui bėgant nekinta, vadinama nuolatine srove.
Įtampa: potencialo skirtumas ir elektrinio lauko darbas
Įtampa ($U$), dar vadinama potencialų skirtumu arba elektriniu potencialu, yra matas, kuris apibūdina energijos kiekį, kurį elektros krūvis gali įgyti arba prarasti, kai jis juda tarp dviejų taškų elektros grandinėje. Tai fizikinis dydis, apibūdinantis elektrinio lauko darbą ($A$), perkeliant vienetinį teigiamąjį krūvį ($q$) tarp dviejų grandinės taškų.
Taip pat skaitykite: Kaip nemiga veikia kraujagysles?
Įtampa matuojama voltais (V), o vienas voltas yra lygus vienam džauliui, padalytam iš vieno kulono: $1 , \text{V} = 1 , \text{J} / 1 , \text{C}$. Įtampa yra elektrinės jėgos šaltinis, kuris verčia krūvius judėti.
Laidininkų varža: pasipriešinimas elektros srovei
Elektrinė varža ($R$) yra fizikinis dydis, apibūdinantis laidininko (ar grandinės dalies) gebėjimą priešintis elektros srovei. Ji matuojama omais (Ω), o vienas omas yra lygus vienam voltui, padalytam iš vieno ampero: $1Ω=1V/1A$. Elektros grandinės elementai, skirti varžai sudaryti, vadinami rezistoriais.
Varža priklauso ne tik nuo laidininko matmenų bei medžiagos, bet ir nuo temperatūros. Metaliniame laidininke, kylant temperatūrai, didėja laisvųjų elektronų chaotiško judėjimo greitis, intensyvėja atomų virpesiai, dažnėja elektronų susidūrimai su atomais. Dėl to mažėja elektronų dreifo greitis bei srovės stiprumas, o tai tolygu laidininko varžos didėjimui. Visų metalų varža, kylant temperatūrai, didėja. Tačiau puslaidininkiuose, kylant temperatūrai, daugėja laisvų elektringų dalelių vienetiniame tūryje, todėl jų varža mažėja.
Krintant temperatūrai, metalų varža palaipsniui mažėja. Šis procesas vyksta iki tam tikros ribos - pasiekus ypač žemą temperatūrą, paprastai 3-6K virš absoliutinio nulio, laidininko varža staiga išnyksta (superlaidumas).
Omo dėsnis: įtampos, srovės ir varžos ryšys
Omo dėsnis apibrėžia nuolatinės srovės $I$ priklausomybę nuo įtampos $U$ ir varžos $R$ grandinės dalyje:
Taip pat skaitykite: Kaip įveikti streso sukeltą galvos skausmą
$I = \frac{U}{R}$
Ši lygtis rodo, kad srovė yra tiesiogiai proporcinga įtampai ir atvirkščiai proporcinga varžai.
Priklausomybės $U=f(I)$ grafikas vadinamas voltamperine charakteristika (VACh). Laidininkams, kuriems galioja Omo dėsnis (t. y., jų varža $R$ nepriklauso nuo įtampos ar srovės stiprio), VACh yra tiesė, einanti per koordinačių pradžią. Tokie elementai vadinami ominiais.
Nuoseklusis ir lygiagretusis jungimas
Elektros grandinės elementai gali būti jungiami nuosekliai arba lygiagrečiai.
Nuoseklusis jungimas
Nuosekliuoju vadinamas toks jungimas, kai grandinės elementai jungiami paeiliui, vienas po kito. Nuosekliai sujungtos grandinės srovė visur yra vienoda:
Taip pat skaitykite: Streso ir nuovargio įveikimas: patarimai
$I = I1 = I2 = …$
Visos nuosekliai sujungtos grandinės įtampa lygi atskirų dalių sumai:
$U = U1 + U2 + …$
Nuosekliai sujungtos grandinės bendra varža lygi atskirų dalių varžų sumai:
$R = R1 + R2 + …$
Lygiagretusis jungimas
Lygiagrečiuoju vadinamas toks jungimas, kai vieni grandinės elementų gnybtai jungiami į vieną mazgą, o kiti - į kitą. Lygiagrečiai sujungtos grandinės įtampa visur yra vienoda:
$U = U1 = U2 = …$
Grandinės mazguose elektros krūviai nesikaupia. Todėl į mazgą įtekančių bei iš jo ištekančių srovių sumos yra lygios:
$I = I1 + I2 + …$
Atskiromis šakomis tekančių srovių stiprumai atvirkščiai proporcingi tų dalių varžoms. Lygiagrečiai sujungtos grandinės laidumas yra lygus atskirų laidumų sumai:
$g = g1 + g2 + …$
Įtampos ir srovės svarba
Įtampa ir srovė yra du pagrindiniai elektros grandinių parametrai, kurie apibūdina elektros energijos perdavimą ir naudojimą. Įtampa yra elektrinės jėgos šaltinis, kuris verčia krūvius judėti, o srovė yra šių judančių krūvių intensyvumas per laidininką.
Štai keletas pavyzdžių, iliustruojančių įtampos ir srovės svarbą:
- Elektros prietaisai: Elektros prietaisai naudoja įtampą ir srovę, kad atliktų savo funkcijas. Pavyzdžiui, lemputė naudoja elektros srovę, kad įkaitintų siūlelį ir skleistų šviesą, o variklis naudoja elektros srovę, kad suktų veleną.
- Elektros energijos perdavimas: Elektros energija perduodama dideliais atstumais aukštos įtampos linijomis, kad būtų sumažinti nuostoliai. Prieš patiekiant elektros energiją vartotojams, įtampa sumažinama transformatoriais.
- Elektronika: Įtampa ir srovė yra pagrindiniai elektroninių grandinių parametrai. Elektroniniai prietaisai, tokie kaip tranzistoriai ir diodai, valdo įtampą ir srovę, kad atliktų įvairias funkcijas, pavyzdžiui, stiprinimą, perjungimą ir signalų apdorojimą.
- Nepertraukiamo maitinimo šaltiniai (UPS): UPS užtikrina atsarginę elektros energiją, kai nutrūksta įvesties maitinimo šaltinis, perjungdamas į akumuliatorių blokuose, superkondensatoriuose ar smagračiuose kaupiamą energiją. UPS taip pat apsaugo įrangą nuo įtampos šuolių.
tags: #itampos #priklausomybe #nuo #sroves