విద్యుత్ ప్రాథమిక అంశాలు

పురాతన గ్రీకులు విద్యుత్తు అధ్యయనం ప్రారంభించటానికి చాలా కాలం ముందు విద్యుత్ దృగ్విషయాలను గమనించారు. సెమీ విలువైన అంబర్ రాయిని ఉన్ని లేదా బొచ్చుతో రుద్దడం సరిపోతుంది, ఎందుకంటే ఇది పొడి గడ్డి, కాగితం లేదా మెత్తనియున్ని మరియు ఈకల ముక్కలను ఆకర్షించడం ప్రారంభమవుతుంది.

ఆధునిక పాఠశాల ప్రయోగాలు పట్టు లేదా ఉన్నితో రుద్దబడిన గాజు మరియు ఎబోనైట్ రాడ్‌లను ఉపయోగిస్తాయి. ఈ సందర్భంలో, గ్లాస్ రాడ్‌పై ధనాత్మక చార్జ్ మరియు ఎబోనైట్ రాడ్‌పై నెగటివ్ ఛార్జ్ ఉంటుందని పరిగణించబడుతుంది. ఈ రాడ్లు చిన్న కాగితపు ముక్కలను లేదా ఇలాంటి వాటిని కూడా ఆకర్షించగలవు. చిన్న వస్తువులు. చార్లెస్ కూలంబ్ అధ్యయనం చేసిన విద్యుత్ క్షేత్ర ప్రభావం ఈ ఆకర్షణ.

గ్రీకులో, అంబర్‌ను ఎలక్ట్రాన్ అని పిలుస్తారు, కాబట్టి అటువంటి ఆకర్షణీయమైన శక్తిని వివరించడానికి, విలియం హిల్బర్ట్ (1540 - 1603) "ఎలక్ట్రిక్" అనే పదాన్ని ప్రతిపాదించాడు.

1891లో, ఆంగ్ల శాస్త్రవేత్త స్టోనీ జార్జ్ జాన్స్టన్ పదార్ధాలలో విద్యుత్ కణాల ఉనికిని ఊహించాడు, దానిని అతను ఎలక్ట్రాన్లు అని పిలిచాడు. ఈ ప్రకటన వైర్లలో విద్యుత్ ప్రక్రియలను అర్థం చేసుకోవడం చాలా సులభం చేసింది.

లోహాలలోని ఎలక్ట్రాన్లు చాలా స్వేచ్ఛగా ఉంటాయి మరియు వాటి పరమాణువుల నుండి సులభంగా వేరు చేయబడతాయి మరియు విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క చర్యలో, మరింత ఖచ్చితంగా, సంభావ్య వ్యత్యాసాలు లోహ పరమాణువుల మధ్య కదులుతాయి. విద్యుత్… అందువలన, ఒక రాగి తీగలో విద్యుత్ ప్రవాహం ఒక చివర నుండి మరొక తీగతో పాటు ప్రవహించే ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవాహం.

లోహాలు మాత్రమే విద్యుత్తును నిర్వహించగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. కొన్ని పరిస్థితులలో, ద్రవాలు, వాయువులు మరియు సెమీకండక్టర్లు విద్యుత్ వాహకంగా ఉంటాయి. ఈ పరిసరాలలో, ఛార్జ్ క్యారియర్లు అయాన్లు, ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు. కానీ ప్రస్తుతానికి మనం లోహాల గురించి మాత్రమే మాట్లాడుతున్నాము, ఎందుకంటే వాటిలో కూడా ప్రతిదీ అంత సులభం కాదు.

ప్రస్తుతానికి, మేము డైరెక్ట్ కరెంట్ గురించి మాట్లాడుతున్నాము, దీని దిశ మరియు పరిమాణం మారదు. అందువల్ల, ఎలక్ట్రికల్ రేఖాచిత్రాలపై ప్రస్తుత ప్రవహించే బాణాలతో సూచించడం సాధ్యమవుతుంది. కరెంట్ పాజిటివ్ పోల్ నుండి నెగెటివ్ పోల్‌కి ప్రవహిస్తుందని నమ్ముతారు, ఇది విద్యుత్ అధ్యయనం ప్రారంభంలోనే చేరుకుంది.

ఎలక్ట్రాన్లు వాస్తవానికి ఖచ్చితమైన వ్యతిరేక దిశలో కదులుతాయని తరువాత తేలింది - మైనస్ నుండి ప్లస్ వరకు. అయినప్పటికీ, వారు "తప్పు" దిశను వదులుకోలేదు, అంతేకాకుండా, ఈ దిశను ప్రస్తుత సాంకేతిక దిశ అని పిలుస్తారు. ఇంకా దీపం వెలిగిస్తే ఏం తేడా. ఎలక్ట్రాన్ల కదలిక దిశను నిజం అని పిలుస్తారు మరియు ఇది చాలా తరచుగా శాస్త్రీయ పరిశోధనలో ఉపయోగించబడుతుంది.

ఇది మూర్తి 1లో వివరించబడింది.

చిత్రం 1.

స్విచ్ కొంత సమయం పాటు బ్యాటరీకి "త్రో" చేయబడితే, విద్యుద్విశ్లేషణ కెపాసిటర్ C ఛార్జ్ చేయబడుతుంది మరియు దానిపై కొంత ఛార్జ్ పేరుకుపోతుంది. కెపాసిటర్‌ను ఛార్జ్ చేసిన తర్వాత, స్విచ్ బల్బ్‌కి మార్చబడింది. దీపం బ్లింక్ మరియు బయటకు వెళ్తుంది - కెపాసిటర్ డిశ్చార్జెస్. ఫ్లాష్ యొక్క వ్యవధి కెపాసిటర్‌లో నిల్వ చేయబడిన విద్యుత్ ఛార్జ్ మొత్తంపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

ఒక గాల్వానిక్ బ్యాటరీ విద్యుత్ చార్జ్‌ను కూడా నిల్వ చేస్తుంది, అయితే కెపాసిటర్ కంటే చాలా ఎక్కువ. అందువలన, ఫ్లాష్ సమయం చాలా పొడవుగా ఉంది - దీపం అనేక గంటలు బర్న్ చేయవచ్చు.

ఎలక్ట్రిక్ ఛార్జ్, కరెంట్, రెసిస్టెన్స్ మరియు వోల్టేజ్

ఎలెక్ట్రిక్ ఛార్జీల అధ్యయనం ఫ్రెంచ్ శాస్త్రవేత్త C. కూలంబ్ చేత నిర్వహించబడింది, అతను 1785లో అతని పేరు మీద ఉన్న చట్టాన్ని కనుగొన్నాడు.

సూత్రాలలో, విద్యుత్ ఛార్జ్ Q లేదా q గా సూచించబడుతుంది. ఈ పరిమాణం యొక్క భౌతిక అర్ధం విద్యుదయస్కాంత పరస్పర చర్యలలోకి ప్రవేశించే చార్జ్డ్ బాడీల సామర్ధ్యం: ఛార్జీలు తిప్పికొట్టినప్పుడు, విభిన్నమైనవి ఆకర్షిస్తాయి.ఛార్జ్‌ల మధ్య పరస్పర చర్య యొక్క శక్తి ఛార్జీల పరిమాణానికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది మరియు దూరం యొక్క వర్గానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది. వాటి మధ్య. ఇది ఫార్ములా రూపంలో ఉంటే, ఇది ఇలా కనిపిస్తుంది:

F = q1 * q2 / r2

ఎలక్ట్రాన్ యొక్క విద్యుత్ ఛార్జ్ చాలా చిన్నది, కాబట్టి ఆచరణలో వారు కూలంబ్ అని పిలువబడే ఛార్జ్ యొక్క పరిమాణాన్ని ఉపయోగిస్తారు ... ఇది అంతర్జాతీయ వ్యవస్థ SI (C) లో ఉపయోగించబడుతుంది. ఒక లాకెట్టు 6.24151 * 1018 (పది నుండి పద్దెనిమిదవ శక్తి) కంటే తక్కువ కాకుండా ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉంటుంది. ఈ ఛార్జ్ నుండి సెకనుకు 1 మిలియన్ ఎలక్ట్రాన్లు విడుదలైతే, ఈ ప్రక్రియ 200 వేల సంవత్సరాల వరకు ఉంటుంది!

SI వ్యవస్థలో కరెంట్ యొక్క కొలత యూనిట్ ఆంపియర్ (A), ఫ్రెంచ్ శాస్త్రవేత్త ఆండ్రీ మేరీ ఆంపియర్ (1775 - 1836) పేరు పెట్టారు. 1A యొక్క కరెంట్ వద్ద, సరిగ్గా 1 C యొక్క ఛార్జ్ 1 సెకనులో వైర్ యొక్క క్రాస్ సెక్షన్ గుండా వెళుతుంది. ఈ సందర్భంలో గణిత సూత్రం క్రింది విధంగా ఉంది: I = Q / t.

ఈ సూత్రంలో, కరెంట్ ఆంపియర్‌లలో ఉంటుంది, ఛార్జ్ కూలంబ్‌లలో ఉంటుంది మరియు సమయం సెకన్లలో ఉంటుంది. అన్ని పరికరాలు తప్పనిసరిగా SI సిస్టమ్‌కు అనుగుణంగా ఉండాలి.

మరో మాటలో చెప్పాలంటే, సెకనుకు ఒక లాకెట్టు విడుదల అవుతుంది. గంటకు కిలోమీటర్లలో కారు వేగాన్ని చాలా పోలి ఉంటుంది.అందువల్ల, ఎలెక్ట్రిక్ కరెంట్ యొక్క బలం ఎలక్ట్రిక్ ఛార్జ్ యొక్క ప్రవాహం రేటు కంటే ఎక్కువ కాదు.

రోజువారీ జీవితంలో చాలా తరచుగా, ఆఫ్-సిస్టమ్ యూనిట్ ఆంపియర్ * గంట ఉపయోగించబడుతుంది. కారు బ్యాటరీలను రీకాల్ చేయడానికి సరిపోతుంది, దీని సామర్థ్యం ఆంపియర్-గంటల్లో మాత్రమే సూచించబడుతుంది. ఆటో విడిభాగాల దుకాణాలలో ఎవరూ ఎటువంటి పెండెంట్‌లను గుర్తుపెట్టుకోనప్పటికీ, ఇది అందరికీ తెలుసు మరియు అర్థం చేసుకుంటుంది. కానీ అదే సమయంలో ఇప్పటికీ ఒక నిష్పత్తి ఉంది: 1 C = 1 * / 3600 ఆంపియర్లు * గంట. అటువంటి పరిమాణాన్ని ఆంపియర్ * సెకను అని పిలవడం సాధ్యమవుతుంది.

మరొక నిర్వచనంలో, 1 A యొక్క కరెంట్ ప్రతిఘటన 1 Ω వద్ద కండక్టర్‌లో ప్రవహిస్తుంది సంభావ్య వ్యత్యాసం (వోల్టేజ్) వైర్ చివర్లలో 1 V. ఈ విలువల మధ్య నిష్పత్తి నిర్ణయించబడుతుంది ఓం యొక్క చట్టం... ఇది బహుశా చాలా ముఖ్యమైన విద్యుత్ చట్టం, ఇది జానపద జ్ఞానం ఇలా చెప్పింది: "మీకు ఓం యొక్క చట్టం తెలియకపోతే, ఇంట్లో ఉండండి!"

ఓంస్ లా టెస్ట్

ఈ చట్టం ఇప్పుడు అందరికీ తెలుసు: "సర్క్యూట్‌లోని కరెంట్ నేరుగా వోల్టేజ్‌కు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది మరియు ప్రతిఘటనకు విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది." కేవలం మూడు అక్షరాలు మాత్రమే ఉన్నట్లు అనిపిస్తుంది - I = U / R, ప్రతి విద్యార్థి ఇలా అంటారు: "కాబట్టి ఏమిటి?". కానీ వాస్తవానికి ఈ చిన్న ఫార్ములాకు దారి చాలా ముళ్లతో మరియు పొడవుగా ఉంది.

ఓం యొక్క నియమాన్ని పరీక్షించడానికి, మీరు మూర్తి 2లో చూపిన సరళమైన సర్క్యూట్‌ను సమీకరించవచ్చు.

మూర్తి 2.

పరిశోధన చాలా సులభం-కాగితంపై పాయింట్లవారీగా సరఫరా వోల్టేజ్ పాయింట్‌ని పెంచడం ద్వారా, మూర్తి 3లో చూపిన గ్రాఫ్‌ను రూపొందించండి.

మూర్తి 3.

I = U / R సంబంధాన్ని U = I * R గా సూచించవచ్చు మరియు గణితంలో ఇది సరళ రేఖ కాబట్టి గ్రాఫ్ ఖచ్చితంగా సరళ రేఖగా మారాలని అనిపిస్తుంది. నిజానికి, కుడి వైపున, లైన్ క్రిందికి వంగి ఉంటుంది. బహుశా చాలా కాదు, కానీ అది వంగి ఉంటుంది మరియు కొన్ని కారణాల వలన చాలా బహుముఖంగా ఉంటుంది.ఈ సందర్భంలో, బెండింగ్ పరీక్షించిన ప్రతిఘటనను వేడి చేసే పద్ధతిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఇది పొడవాటి రాగి తీగతో తయారు చేయబడింది: మీరు కాయిల్‌ను కాయిల్‌కి గట్టిగా తిప్పవచ్చు, మీరు దానిని ఆస్బెస్టాస్ పొరతో మూసివేయవచ్చు, బహుశా ఈ రోజు గదిలో ఉష్ణోగ్రత అదే కావచ్చు, కానీ నిన్న అది వివిధ, లేదా గదిలో ఒక డ్రాఫ్ట్ ఉంది.

ఎందుకంటే ఉష్ణోగ్రత వేడిచేసినప్పుడు భౌతిక శరీరాల సరళ పరిమాణాల మాదిరిగానే ప్రతిఘటనను ప్రభావితం చేస్తుంది. ప్రతి లోహానికి దాని స్వంత ఉష్ణోగ్రత గుణకం నిరోధకత (TCR) ఉంటుంది. కానీ దాదాపు ప్రతి ఒక్కరూ విస్తరణ గురించి తెలుసు మరియు గుర్తుంచుకుంటారు, కానీ విద్యుత్ లక్షణాలలో మార్పు (నిరోధకత, కెపాసిటెన్స్, ఇండక్టెన్స్) గురించి మర్చిపోతే. కానీ ఈ ప్రయోగాలలో ఉష్ణోగ్రత అస్థిరతకు అత్యంత స్థిరమైన మూలం.

సాహిత్య దృక్కోణం నుండి, ఇది చాలా అందమైన టాటాలజీగా మారింది, కానీ ఈ సందర్భంలో ఇది సమస్య యొక్క సారాంశాన్ని చాలా ఖచ్చితంగా వ్యక్తపరుస్తుంది.

19వ శతాబ్దం మధ్యలో చాలా మంది శాస్త్రవేత్తలు ఈ ఆధారపడటాన్ని కనుగొనడానికి ప్రయత్నించారు, అయితే ప్రయోగాల యొక్క అస్థిరత జోక్యం చేసుకుంది మరియు పొందిన ఫలితాల నిజం గురించి సందేహాలను లేవనెత్తింది.దీనిలో జార్జ్ సైమన్ ఓమ్ (1787-1854) మాత్రమే విజయం సాధించారు, అతను తిరస్కరించగలిగాడు. అన్ని దుష్ప్రభావాలు లేదా, వారు చెప్పినట్లు, చెట్ల కోసం అడవిని చూడడానికి. 1 ఓం రెసిస్టెన్స్ ఇప్పటికీ ఈ తెలివైన శాస్త్రవేత్త పేరును కలిగి ఉంది.

ప్రతి పదార్ధాన్ని ఓం యొక్క చట్టం ద్వారా వ్యక్తీకరించవచ్చు: I = U / R, U = I * R, R = U / I.

ఈ సంబంధాలను మరచిపోకుండా ఉండటానికి, ఓం యొక్క ట్రయాంగిల్ అని పిలవబడేది లేదా మూర్తి 4లో చూపబడినది.

మూర్తి 4. ఓం యొక్క త్రిభుజం

దీన్ని ఉపయోగించడం చాలా సులభం: మీ వేలితో కావలసిన విలువను మూసివేయండి మరియు మిగిలిన రెండు అక్షరాలు వాటితో ఏమి చేయాలో మీకు చూపుతాయి.

ఈ అన్ని సూత్రాలలో ఉద్రిక్తత ఏ పాత్ర పోషిస్తుందో, దాని భౌతిక అర్ధం ఏమిటో గుర్తుకు తెచ్చుకోవాలి. వోల్టేజీని సాధారణంగా విద్యుత్ క్షేత్రంలో రెండు పాయింట్ల వద్ద సంభావ్య వ్యత్యాసంగా అర్థం చేసుకుంటారు. సులభంగా అర్థం చేసుకోవడానికి, వారు ట్యాంక్, నీరు మరియు పైపులతో ఒక నియమం వలె సారూప్యతలను ఉపయోగిస్తారు.

ఈ "ప్లంబింగ్" పథకంలో, పైపులోని నీటి వినియోగం (లీటర్లు / సెకను) మాత్రమే కరెంట్ (కూలంబ్ / సెకను), మరియు ట్యాంక్‌లోని ఎగువ స్థాయి మరియు ఓపెన్ ట్యాప్ మధ్య వ్యత్యాసం సంభావ్య వ్యత్యాసం (వోల్టేజ్) . అలాగే, వాల్వ్ తెరిచి ఉంటే, అవుట్లెట్ పీడనం వాతావరణానికి సమానంగా ఉంటుంది, ఇది షరతులతో కూడిన సున్నా స్థాయిగా తీసుకోబడుతుంది.

ఎలక్ట్రికల్ సర్క్యూట్లలో, ఈ కన్వెన్షన్ ఒక సాధారణ కండక్టర్ ("గ్రౌండ్") కోసం ఒక పాయింట్ తీసుకోవడాన్ని సాధ్యం చేస్తుంది, దీనికి వ్యతిరేకంగా అన్ని కొలతలు మరియు సర్దుబాట్లు చేయబడతాయి. చాలా తరచుగా, విద్యుత్ సరఫరా యొక్క ప్రతికూల టెర్మినల్ ఈ వైర్గా భావించబడుతుంది, అయితే ఇది ఎల్లప్పుడూ కేసు కాదు.

సంభావ్య వ్యత్యాసం వోల్ట్ (V)లో కొలుస్తారు, ఇటాలియన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త అలెశాండ్రో వోల్టా (1745-1827) పేరు పెట్టారు. ఆధునిక నిర్వచనం ప్రకారం, 1 V యొక్క సంభావ్య వ్యత్యాసంతో, 1 C యొక్క ఛార్జ్ని తరలించడానికి 1 J యొక్క శక్తి ఖర్చు చేయబడుతుంది. వినియోగించే శక్తి శక్తి మూలం ద్వారా భర్తీ చేయబడుతుంది, «ప్లంబింగ్» సర్క్యూట్తో సారూప్యతతో, అది ట్యాంక్‌లోని నీటి స్థాయికి మద్దతు ఇచ్చే పంపుగా ఉండండి.