ما هي شروط وجود التيار المباشر . التيار الكهربائي المباشر

الوكالة الفيدرالية للتعليم

جامعة ساراتوف الحكومية الاجتماعية والاقتصادية

فرع ماركسوفسكي

قسم التخصصات الإنسانية العامة

خلاصة

بحسب "الفيزياء"

حول الموضوع: "التيار الكهربائي. قانون أوم"

طالب في السنة الثانية

التخصص: "Eup pp"

تم الفحص بواسطة: Starikova N.N.

ماركس – 2010

التيار الكهربائي. قانون أوم

إذا تم وضع موصل معزول فيه المجال الكهربائي

ثم ستعمل القوة على الشحنات الحرة q في الموصل، ونتيجة لذلك، تحدث حركة قصيرة المدى للشحنات الحرة في الموصل. ستنتهي هذه العملية عندما يعوض المجال الكهربائي الخاص بالشحنات الناشئة على سطح الموصل المجال الخارجي بالكامل. سيكون المجال الكهروستاتيكي الناتج داخل الموصل صفرًا (انظر الفقرة 1.5).

ومع ذلك، في الموصلات، في ظل ظروف معينة، يمكن أن تحدث حركة منتظمة مستمرة لحاملات الشحنة الكهربائية المجانية. وتسمى هذه الحركة بالتيار الكهربائي. يعتبر اتجاه التيار الكهربائي هو اتجاه حركة الشحنات الحرة الموجبة. لكي يتواجد تيار كهربائي في موصل، يجب أن ينشأ مجال كهربائي فيه.

المقياس الكمي للتيار الكهربائي هو القوة الحالية I - كمية فيزيائية عددية، يساوي النسبةيتم نقل الشحنة Δq عبر المقطع العرضي للموصل (الشكل 1.8.1) خلال الفاصل الزمني Δt، إلى هذا الفاصل الزمني:

إذا لم تتغير قوة التيار واتجاهه بمرور الوقت، فإن هذا التيار يسمى ثابتًا.

الشكل 1.8.1.

الحركة المنظمة للإلكترونات في موصل معدني والتيار I. S هي مساحة المقطع العرضي للموصل،

– المجال الكهربائي

في النظام الدولي للوحدات (SI) يتم قياس التيار بوحدة الأمبير (A). يتم إنشاء الوحدة الحالية البالغة 1 A من خلال التفاعل المغناطيسي لموصلين متوازيين مع التيار (انظر الفقرة 1.16).

ثابت التيار الكهربائيلا يمكن إنشاؤها إلا في دائرة مغلقة تدور فيها ناقلات الشحنة المجانية على طول مسارات مغلقة. المجال الكهربائي في نقاط مختلفة من هذه الدائرة ثابت مع مرور الوقت. وبالتالي فإن المجال الكهربائي في الدائرة العاصمةله طابع المجال الكهروستاتيكي المتجمد. ولكن عندما تتحرك شحنة كهربائية في مجال كهروستاتيكي على طول مسار مغلق، يحدث الشغل القوى الكهربائيةيساوي الصفر (انظر الفقرة 4.1). لذلك، لوجود تيار مباشر، من الضروري وجود جهاز في الدائرة الكهربائية قادر على خلق والحفاظ على فروق الجهد في أقسام الدائرة بسبب عمل قوى ذات أصل غير إلكتروستاتيك. تسمى هذه الأجهزة مصادر التيار المباشر. تسمى القوى ذات الأصل غير الكهروستاتيكي المؤثرة على حاملات الشحنة الحرة من المصادر الحالية بالقوى الخارجية.

قد تختلف طبيعة القوى الخارجية. في الخلايا أو البطاريات الغلفانية تنشأ نتيجة للعمليات الكهروكيميائية؛ وفي مولدات التيار المباشر، تنشأ قوى خارجية عندما تتحرك الموصلات في مجال مغناطيسي. يلعب المصدر الحالي في الدائرة الكهربائية نفس دور المضخة، وهو أمر ضروري لضخ السائل في نظام هيدروليكي مغلق. تحت تأثير القوى الخارجية، تتحرك الشحنات الكهربائية داخل المصدر الحالي ضد قوى المجال الكهروستاتيكي، والتي بفضلها يمكن الحفاظ على تيار كهربائي ثابت في دائرة مغلقة.

عندما تتحرك الشحنات الكهربائية على طول دائرة تيار مستمر، فإن القوى الخارجية المؤثرة داخل مصادر التيار تؤدي شغلًا.

كمية فيزيائية تساوي نسبة الشغل أ ست القوى الخارجية عند نقل شحنة ف من القطب السالب لمصدر حالي إلى القطب الموجب إلى قيمة هذه الشحنة تسمى القوة الدافعة الكهربائية للمصدر (EMF):

وبالتالي، يتم تحديد المجال الكهرومغناطيسي من خلال العمل الذي تقوم به القوى الخارجية عند تحريك شحنة موجبة واحدة. يتم قياس القوة الدافعة الكهربائية، مثل فرق الجهد، بالفولت (V).

عندما تتحرك شحنة موجبة واحدة على طول دائرة تيار مباشر مغلقة، فإن الشغل المبذول بواسطة قوى خارجية يساوي مجموع القوى الدافعة الكهربية المؤثرة في هذه الدائرة، والشغل المبذول بواسطة المجال الكهروستاتيكي يساوي صفرًا.

يمكن تقسيم دائرة التيار المستمر إلى أقسام منفصلة. تسمى المناطق التي لا تعمل فيها قوى خارجية (أي المناطق التي لا تحتوي على مصادر حالية) متجانسة. تسمى المناطق التي تشمل المصادر الحالية غير متجانسة.

عندما تتحرك شحنة موجبة واحدة على طول جزء معين من الدائرة، يتم تنفيذ العمل بواسطة كل من القوى الكهروستاتيكية (كولوم) والقوى الخارجية. عمل القوى الكهروستاتيكية يساوي فرق الجهد Δφ 12 = φ 1 – φ 2 بين النقطتين الأولي (1) والنهائية (2) للقسم غير المتجانس. عمل القوى الخارجية يساوي، بحكم التعريف، القوة الدافعة الكهربائية

12 المعمول به في هذه المنطقة. لهذا السبب وظيفة بدوام كامليساوي

ش 12 = φ 1 – φ 2 +

12 .

عادةً ما تسمى قيمة U 12 بالجهد في قسم الدائرة 1-2. في حالة وجود منطقة متجانسة، فإن الجهد يساوي فرق الجهد:

يو 12 = φ 1 – φ 2.

أثبت الفيزيائي الألماني ج. أوم بشكل تجريبي في عام 1826 أن القوة الحالية I التي تتدفق عبر موصل معدني متجانس (أي موصل لا تؤثر فيه أي قوى خارجية) تتناسب مع الجهد U عند طرفي الموصل:

حيث R = ثابت.

عادة ما تسمى القيمة R بالمقاومة الكهربائية. يسمى الموصل الذي له مقاومة كهربائية بالمقاوم. تعبر هذه العلاقة عن قانون أوم لقسم متجانس من الدائرة: تتناسب قوة التيار في الموصل بشكل مباشر مع الجهد المطبق وتتناسب عكسيا مع مقاومة الموصل.

وحدة SI للمقاومة الكهربائية للموصلات هي أوم (Ω). تحتوي المقاومة التي تبلغ 1 أوم على جزء من الدائرة يحدث فيه تيار 1 A عند جهد 1 V.

تسمى الموصلات التي تخضع لقانون أوم بالخطية. يتم تصوير الاعتماد الرسومي للتيار I على الجهد U (تسمى هذه الرسوم البيانية خصائص الجهد الحالي، والمختصرة بـ VAC) بخط مستقيم يمر عبر أصل الإحداثيات. تجدر الإشارة إلى أن هناك العديد من المواد والأجهزة التي لا تخضع لقانون أوم، على سبيل المثال، صمام ثنائي شبه موصل أو مصباح تفريغ الغاز. حتى مع وجود الموصلات المعدنية عند تيارات عالية بما فيه الكفاية، لوحظ انحراف عن قانون أوم الخطي المقاومة الكهربائيةالموصلات المعدنية تزداد مع درجة الحرارة.

بالنسبة لقسم من الدائرة التي تحتوي على قوة دافعة كهربية، يُكتب قانون أوم بالشكل التالي:

IR = U 12 = φ 1 – φ 2 +

= Δφ 12 + .

تسمى هذه العلاقة عادة بقانون أوم المعمم أو قانون أوم للقسم غير المنتظم من السلسلة.

في الشكل. 1.8.2 يظهر دائرة DC مغلقة. قسم السلسلة (القرص المضغوط) موحد.

الشكل 1.8.2.

دائرة العاصمة

وفقا لقانون أوم

يحتوي القسم (أ ب) على مصدر حالي ذو قوة دافعة تساوي

وفقا لقانون أوم لمنطقة غير متجانسة،

وبجمع المتساويتين نحصل على:

أنا (R + r) = Δφ cd + Δφ ab +

لكن Δφ cd = Δφ ba = – Δφ ab . لهذا السبب

تعبر هذه الصيغة عن قانون أوم لدائرة كاملة: قوة التيار في دائرة كاملة تساوي القوة الدافعة الكهربائية للمصدر مقسومة على مجموع مقاومات المقاطع المتجانسة وغير المتجانسة من الدائرة.

المقاومة r للقسم غير المتجانس في الشكل. 1.8.2 يمكن اعتبارها المقاومة الداخلية للمصدر الحالي. في هذه الحالة، القسم (أ ب) في الشكل. 1.8.2 هو الجزء الداخلي للمصدر. إذا كانت النقطتان a و b مغلقتين بموصل تكون مقاومته صغيرة مقارنة بالمقاومة الداخلية للمصدر (R<< r), тогда в цепи потечет ток короткого замыкания

تيار الدائرة القصيرة - أقصى تيار يمكن الحصول عليه من مصدر معين للقوة الدافعة الكهربائية

والمقاومة الداخلية ص. بالنسبة للمصادر ذات المقاومة الداخلية المنخفضة، يمكن أن يكون تيار الدائرة القصيرة كبيرًا جدًا ويسبب تدمير الدائرة الكهربائية أو المصدر. على سبيل المثال، يمكن أن تحتوي بطاريات الرصاص الحمضية المستخدمة في السيارات على تيارات دائرة قصر تبلغ عدة مئات من الأمبيرات. تعتبر الدوائر القصيرة في شبكات الإضاءة التي تعمل بالطاقة من المحطات الفرعية (آلاف الأمبيرات) خطيرة بشكل خاص. لتجنب الآثار المدمرة لهذه التيارات الكبيرة، يتم تضمين الصمامات أو قواطع الدائرة الخاصة في الدائرة.

في بعض الحالات، لمنع القيم الخطيرة لتيار الدائرة القصيرة، يتم توصيل بعض المقاومة الخارجية على التوالي بالمصدر. ثم المقاومة ص تساوي مجموع المقاومة الداخلية للمصدر والمقاومة الخارجية، وخلال ماس كهربائى لن تكون القوة الحالية كبيرة بشكل مفرط.

إذا كانت الدائرة الخارجية مفتوحة، فإن Δφ ba = – Δφ ab =

أي أن فرق الجهد عند قطبي البطارية المفتوحة يساوي القوة الدافعة الكهربية الخاصة بها.

إذا تم تشغيل مقاومة الحمل الخارجي R وتدفق التيار عبر البطارية، فإن فرق الجهد بين أقطابها يصبح مساوياً لـ

- إير.

في الشكل. يوضح الشكل 1.8.3 تمثيلًا تخطيطيًا لمصدر تيار مباشر مع قوة دافعة تساوي

والمقاومة الداخلية r في ثلاثة أوضاع: "التباطؤ" وتشغيل الحمل ووضع الدائرة القصيرة (ماس كهربائى). يشار إلى شدة المجال الكهربائي داخل البطارية والقوى المؤثرة على الشحنات الموجبة: - القوة الكهربائية و - القوة الخارجية. في وضع الدائرة القصيرة، يختفي المجال الكهربائي داخل البطارية.

الشكل 1.8.3.

تمثيل تخطيطي لمصدر التيار المباشر: 1 – البطارية مفتوحة؛ 2 – البطارية مغلقة أمام المقاومة الخارجية R ; 3 – وضع الدائرة القصيرة

لقياس الفولتية والتيارات في الدوائر الكهربائية DC، يتم استخدام أدوات خاصة - الفولتميتر والأميتر.

تم تصميم الفولتميتر لقياس فرق الجهد المطبق عبر أطرافه. يتم توصيله بالتوازي مع قسم الدائرة الذي يتم قياس فرق الجهد عليه. أي فولتميتر لديه بعض المقاومة الداخلية R B. لكي لا يُحدث الفولتميتر إعادة توزيع ملحوظة للتيارات عند توصيله بالدائرة التي يتم قياسها، يجب أن تكون مقاومته الداخلية كبيرة مقارنة بمقاومة قسم الدائرة المتصل بها. بالنسبة للدائرة الموضحة في الشكل 1.8.4، يتم كتابة هذا الشرط على النحو التالي:

ر ب >> ر 1 .

تعني هذه الحالة أن التيار I B = Δφ cd / R B الذي يتدفق عبر الفولتميتر أقل بكثير من التيار I = Δφ cd / R 1 الذي يتدفق عبر القسم الذي تم اختباره من الدائرة.

نظرًا لعدم وجود قوى خارجية مؤثرة داخل الفولتميتر، فإن فرق الجهد عند أطرافه يتطابق بحكم التعريف مع الجهد. لذلك، يمكننا القول أن الفولتميتر يقيس الجهد.

تم تصميم الأميتر لقياس التيار في الدائرة. يتم توصيل الأميتر على التوالي بدائرة مفتوحة بحيث يمر التيار المقاس بالكامل من خلالها. يحتوي الأميتر أيضًا على بعض المقاومة الداخلية R A. على عكس الفولتميتر، يجب أن تكون المقاومة الداخلية للأميتر صغيرة جدًا مقارنة بالمقاومة الإجمالية للدائرة بأكملها. بالنسبة للدائرة في الشكل 1.8.4 يجب أن تستوفي مقاومة الأميتر الشرط

ر أ<< (r + R 1 + R 2),

بحيث أنه عند تشغيل الأميتر لا يتغير التيار في الدائرة.

أدوات القياس - الفولتميتر والأميتر - تأتي في نوعين: المؤشر (التناظري) والرقمي. العدادات الكهربائية الرقمية هي أجهزة إلكترونية معقدة. عادةً ما توفر الأدوات الرقمية دقة قياس أعلى.

الشكل 1.8.4.

توصيل الأميتر (A) والفولتميتر (B) بدائرة كهربائية

توصيل الموصلات على التوالي والتوازي

يمكن توصيل الموصلات في الدوائر الكهربائية على التوالي وعلى التوازي.

عند توصيل الموصلات على التوالي (الشكل 1.9.1)، تكون قوة التيار في جميع الموصلات هي نفسها:

أنا 1 = أنا 2 = أنا .

الشكل 1.9.1.

اتصال سلسلة من الموصلات

وفقا لقانون أوم، فإن الفولتية U 1 و U 2 على الموصلات متساوية

U 1 = IR 1، U 2 = IR 2.

إجمالي الجهد U على كلا الموصلين يساوي مجموع الفولتية U 1 و U 2:

U = U 1 + U 2 = I(R 1 + R 2) = IR،

حيث R هي المقاومة الكهربائية للدائرة بأكملها. ويترتب على ذلك:

ص = ص 1 + ص 2.

في التوصيل المتسلسل، تكون المقاومة الإجمالية للدائرة مساوية لمجموع مقاومات الموصلات الفردية.

هذه النتيجة صالحة لأي عدد من الموصلات المتصلة على التوالي.

مع اتصال متوازي (الشكل 1.9.2)، تكون الفولتية U 1 و U 2 على كلا الموصلين هي نفسها:

يو 1 = يو 2 = يو.

مجموع التيارات I 1 + I 2 المتدفقة عبر كلا الموصلين يساوي التيار في دائرة غير متفرعة:

أنا = أنا 1 + أنا 2.

تأتي هذه النتيجة من حقيقة أن الشحنات لا يمكن أن تتراكم عند نقاط التفرع الحالية (العقدتين A وB) في دائرة التيار المستمر. على سبيل المثال، يتدفق الشحن IΔt إلى العقدة A خلال الوقت Δt، ويتدفق الشحن I 1 Δt + I 2 Δt بعيدًا عن العقدة خلال نفس الوقت. وبالتالي أنا = أنا 1 + أنا 2.

الشكل 1.9.2.

التوصيل المتوازي للموصلات

الكتابة على أساس قانون أوم

حيث R هي المقاومة الكهربائية للدائرة بأكملها، نحصل عليها

عند توصيل الموصلات على التوازي، فإن مقلوب المقاومة الكلية للدائرة يساوي مجموع مقلوبات مقاومات الموصلات الموصولة على التوازي.

هذه النتيجة صالحة لأي عدد من الموصلات المتصلة على التوازي.

تسمح صيغ التوصيل التسلسلي والمتوازي للموصلات في كثير من الحالات بحساب مقاومة دائرة معقدة تتكون من العديد من المقاومات. في الشكل. 1.9.3 يوضح مثالاً على هذه الدائرة المعقدة ويشير إلى تسلسل الحسابات.

الشكل 1.9.3.

حساب مقاومة دائرة معقدة. يشار إلى مقاومة جميع الموصلات بالأوم (أوم)

تجدر الإشارة إلى أنه لا يمكن حساب جميع الدوائر المعقدة التي تتكون من موصلات ذات مقاومات مختلفة باستخدام صيغ التوصيلات المتسلسلة والمتوازية. في الشكل. 1.9.4 يوضح مثالاً لدائرة كهربائية لا يمكن حسابها باستخدام الطريقة المذكورة أعلاه.

الشكل 1.9.4.

مثال على دائرة كهربائية لا تقتصر على مجموعة من الموصلات المتسلسلة والمتوازية

التيار الكهربائي المباشر

شروط حدوث التيار.

التيار الكهربائي هو الحركة الاتجاهية للجزيئات المشحونة. الخصائص الكمية للتيار هي قوته الحالية (نسبة الشحنة: المنقولة عبر المقطع العرضي للموصل لكل وحدة زمنية):

وكثافته تحددها العلاقة:

وحدة قياس التيار هي الأمبير (1A هي القيمة المميزة للتيار الذي تستهلكه أجهزة التدفئة الكهربائية المنزلية).

الشروط اللازمة لوجود التيار هي وجود ناقلات شحن مجانية ودائرة مغلقة ومصدر EMF (بطارية) يدعم الحركة الاتجاهية.

يمكن أن يوجد التيار الكهربائي في بيئات مختلفة: في المعادن، والفراغ، والغازات، وفي المحاليل وذوبان الشوارد، في البلازما، في أشباه الموصلات، في أنسجة الكائنات الحية.

عندما يتدفق التيار، تتفاعل حاملات الشحنة دائمًا مع البيئة، مصحوبة بنقل الطاقة إلى الأخيرة على شكل حرارة. إن دور مصدر EMF هو على وجه التحديد التعويض عن فقدان الحرارة في الدوائر.

يحدث التيار الكهربائي في المعادن بسبب حركة الإلكترونات الحرة نسبيًا عبر الشبكة البلورية. لا يمكن تفسير أسباب وجود الإلكترونات الحرة في البلورات الموصلة إلا بلغة ميكانيكا الكم.

تظهر التجربة أن قوة التيار الكهربائي المتدفق عبر الموصل تتناسب طرديا مع فرق الجهد المطبق على طرفيه (قانون أوم). يسمى معامل التناسب الثابت بين التيار والجهد لموصل محدد بالمقاومة الكهربائية:

تقاس المقاومة بالأوم (مقاومة جسم الإنسان حوالي 1000 أوم). تزداد المقاومة الكهربائية للموصلات قليلاً مع زيادة درجة الحرارة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه عند تسخينها، تعمل عقد الشبكة البلورية على تعزيز الاهتزازات الحرارية الفوضوية، مما يمنع الحركة الاتجاهية للإلكترونات. في العديد من المشكلات، يتبين أن النظر المباشر في اهتزازات الشبكة يتطلب جهدًا كبيرًا. لتبسيط تفاعل الإلكترونات مع الوحدات المتذبذبة، اتضح أنه من المناسب استبدالها بالتصادمات مع جزيئات الغاز من الجزيئات الافتراضية - الفونونات، والتي يتم اختيار خصائصها للحصول على وصف أقرب ما يكون إلى الواقع ويمكنه تبين أنها غريبة للغاية. تحظى الأجسام من هذا النوع بشعبية كبيرة في الفيزياء وتسمى بأشباه الجسيمات. بالإضافة إلى التفاعلات مع اهتزازات الشبكة البلورية، يمكن إعاقة حركة الإلكترونات في البلورة بسبب الاضطرابات - انتهاكات انتظام الشبكة. تلعب التفاعلات مع الاضطرابات دورًا حاسمًا في درجات الحرارة المنخفضة، عندما تكون الاهتزازات الحرارية غائبة عمليًا.

تفقد بعض المواد عند درجات الحرارة المنخفضة مقاومتها الكهربائية تمامًا، وتتحول إلى حالة فائقة التوصيل. يمكن أن يوجد التيار في مثل هذه الوسائط بدون أي قوة دافعة كهربية، حيث لا يوجد فقدان للطاقة أثناء تصادم الإلكترونات مع الفونونات والاضطرابات. إن إنشاء مواد تحافظ على حالة التوصيل الفائق عند درجات حرارة مرتفعة نسبياً (غرفة) وتيارات منخفضة هو مهمة بالغة الأهمية، وحلها من شأنه أن يحدث ثورة حقيقية في الطاقة الحديثة، لأن من شأنه أن يجعل من الممكن نقل الكهرباء لمسافات طويلة دون خسائر حرارية.

حاليا، يستخدم التيار الكهربائي في المعادن بشكل رئيسي لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية (السخانات، مصادر الضوء) أو طاقة ميكانيكية (المحركات الكهربائية). في الحالة الأخيرة، يتم استخدام التيار الكهربائي كمصدر للمجالات المغناطيسية، والتفاعل مع التيارات الأخرى يؤدي إلى ظهور القوى.

التيار الكهربائي في الفراغ مستحيل بالمعنى الدقيق للكلمة بسبب عدم وجود شحنات كهربائية حرة فيه. ومع ذلك، فإن بعض المواد الموصلة، عند تسخينها أو تشعيعها بالضوء، تكون قادرة على انبعاث إلكترونات من سطحها (الانبعاث الحراري والانبعاث الضوئي)، وهي قادرة على الحفاظ على تيار كهربائي، والانتقال من الكاثود إلى قطب كهربائي آخر (موجب) - الأنود . عند تطبيق جهد سلبي على الأنود، ينقطع التيار في الدائرة. تحدد الخاصية الموصوفة الاستخدام الواسع النطاق لأجهزة الفراغ الكهربائي في الأجهزة الإلكترونية لتصحيح التيار المتردد. حتى وقت قريب نسبيًا، كانت أجهزة الفراغ الكهربائي تُستخدم على نطاق واسع كمضخمات للإشارات الكهربائية. حاليًا، يتم استبدالها بالكامل تقريبًا بأجهزة أشباه الموصلات.

للوهلة الأولى، لا يمكن أن يوجد تيار كهربائي في الغازات بسبب عدم وجود جسيمات مشحونة حرة (الإلكترونات الموجودة في الذرات وجزيئات الغازات "ترتبط" بشدة بالنوى بواسطة القوى الكهروستاتيكية). ومع ذلك، عندما يتم نقل طاقة تبلغ حوالي 10 فولت إلى الذرة (الطاقة التي يكتسبها الإلكترون الحر عند مروره عبر فرق جهد قدره 10 فولت)، فإن الأخير يدخل في حالة متأينة (يتحرك الإلكترون بعيدًا عن النواة إلى مسافة كبيرة بشكل تعسفي). تحتوي الغازات في درجات حرارة الغرفة دائمًا على كمية صغيرة جدًا من الذرات المتأينة الناتجة عن الإشعاع الكوني (التأين الضوئي). عندما يتم وضع مثل هذا الغاز في مجال كهربائي، تبدأ الجسيمات المشحونة في التسارع، وتنقل الطاقة الحركية المتراكمة إلى الذرات المحايدة وتأيينها. ونتيجة لذلك، تتطور عملية تشبه الانهيار الجليدي لزيادة عدد الإلكترونات والأيونات الحرة - يحدث تفريغ كهربائي. يرتبط التوهج المميز للتفريغ بإطلاق الطاقة أثناء إعادة تركيب الإلكترونات والأيونات الموجبة. أنواع التفريغ الكهربائي متنوعة للغاية وتعتمد بشكل كبير على تركيبة الغاز والظروف الخارجية.

بلازما.

تسمى المادة التي تحتوي على خليط من الذرات المحايدة والإلكترونات الحرة والأيونات الموجبة بالبلازما. تتميز البلازما الناتجة عن التفريغ الكهربائي المنخفض نسبيًا (على سبيل المثال، في أنابيب "ضوء النهار") بتركيزات منخفضة جدًا من الجسيمات المشحونة مقارنة بالجسيمات المحايدة (). وتسمى عادة بدرجة الحرارة المنخفضة لأن درجة حرارة الذرات والأيونات قريبة من درجة حرارة الغرفة. وتبين أن متوسط طاقة الإلكترونات الأخف وزنًا أكبر بكثير. الذي - التي. البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة هي وسط مفتوح غير متوازن إلى حد كبير. وكما ذكرنا، فإن عمليات التنظيم الذاتي ممكنة في مثل هذه البيئات. ومن الأمثلة المعروفة توليد إشعاع متماسك عالي الترتيب في بلازما الليزر الغازي.

يمكن أن تكون البلازما أيضًا متوازنة ديناميكيًا حراريًا. يتطلب وجودها درجة حرارة عالية جدًا (حيث تكون طاقة الحركة الحرارية قابلة للمقارنة مع طاقة التأين). توجد درجات الحرارة هذه على سطح الشمس ويمكن أن تحدث أثناء التفريغ الكهربائي القوي جدًا (البرق) أو أثناء الانفجارات النووية. تسمى هذه البلازما ساخنة.

كهرباء الغلاف الجوي.

تعتبر الأرض موصلًا جيدًا للتيار الكهربائي (مقارنة بالهواء الجاف). على ارتفاع حوالي 50 كم، يتسبب الإشعاع الكوني المؤين في وجود طبقة الأيونوسفير - وهي طبقة من الغاز عالي التأين. تظهر القياسات أن هناك فرق جهد هائل (حوالي 5,000,000 فولت) بين الأيونوسفير وسطح الأرض، كما أن الأيونوسفير له شحنة موجبة بالنسبة للأرض. يؤدي وجود فرق محتمل بين الأرض و "السماء" إلى ظهور تيار ذي كثافة منخفضة جدًا (A/) حتى في موصل رديء مثل الهواء. إن إجمالي التيار الذي يصل إلى سطح الكوكب كبير جدًا (حوالي A)، والطاقة التي يطلقها تعادل قوة جميع محطات الطاقة المبنية (W). وتطرح أسئلة طبيعية حول آلية الحفاظ على هذا الاختلاف المحتمل وعن أسباب عدم استخدام الإنسان لوجوده حتى الآن.

لقد ثبت الآن أن الآلية الرئيسية التي تشحن "السماء" بالنسبة للأرض هي العواصف الرعدية. قطرات الماء وبلورات الجليد، التي تنتقل إلى قاعدة السحابة الرعدية، تجمع الشحنات السلبية الموجودة في الغلاف الجوي وبالتالي تشحن الجزء السفلي من السحابة الرعدية بالكهرباء السلبية إلى إمكانات أعلى بعدة مرات من إمكانات الأرض. ونتيجة لذلك يظهر مجال كهربائي كبير جداً بين الأرض والسحابة، موجه في الاتجاه المعاكس مقارنة بالمجال الموجود في الطقس الصافي. بالقرب من الأجسام الموصلة البارزة من سطح الأرض، يتم تكثيف هذا المجال بشكل أكبر ويتبين أنه كافٍ لتأين الغاز، والذي يزداد وفقًا لقانون يشبه الانهيار الجليدي. والنتيجة هي تفريغ كهربائي قوي جدًا يسمى البرق. وخلافاً للاعتقاد السائد، فإن البرق يبدأ على الأرض ويضرب السحابة، وليس العكس.

لا يمكن استخدام المجال الكهربائي الذي تبلغ قوته 100 فولت/م، والذي يتميز بالطقس الصافي، فحسب، بل يمكن الشعور به أيضًا، على الرغم من أنه على ارتفاع يساوي ارتفاع الشخص، فإنه في غيابه يخلق فرق جهد يبلغ حوالي 200 فولت. والسبب في ذلك هو انخفاض موصلية الهواء، ونتيجة لذلك، انخفاض كثافة التيارات المتدفقة إلى سطح الأرض. إن إدخال موصل جيد (شخص) في الدائرة الكهربائية، والذي يحول عمودًا هوائيًا بطول مترين، لا يغير عمليا المقاومة الإجمالية لدائرة "السماء والأرض"، والتي يظل التيار فيها دون تغيير. يبلغ انخفاض الجهد الذي يسببه على جسم الإنسان حوالي U=IR=0.2 μV، وهو أقل بكثير من عتبة حساسية الجسم.

التيار الكهربائي في الأنسجة الحية.

تم افتراض الدور المهم للنبضات الكهربائية في حياة الكائنات الحية منذ أكثر من 200 عام. ومن المعروف الآن أن هذه النبضات تستخدم للتحكم في عمل الأعضاء ونقل المعلومات فيما بينها في عملية الحياة. تلعب الأعصاب دور الكابلات في نقل الإشارات في "كمبيوتر بيولوجي" معقد، يتكون أساسها من خلايا متخصصة للغاية - الخلايا العصبية. وتتمثل الوظائف الرئيسية لهذه الخلايا في استقبال الإشارات الكهربائية ومعالجتها وتضخيمها. تتواصل الخلايا العصبية مع بعضها البعض في "شبكة" باستخدام نتوءات ممدودة خاصة - محاور عصبية تعمل كموصلات. تم إجراء دراسات حول انتشار الإشارات الكهربائية في المحاور بشكل مشترك من قبل علماء الأحياء والكيميائيين والفيزيائيين في الثلاثينيات والستينيات من القرن الماضي وكانت واحدة من أولى الأمثلة الناجحة للتعاون المثمر بين ممثلي العلوم الطبيعية ذات الصلة.

كما اتضح فيما بعد، تختلف خصائص النبضات الكهربائية التي تنتشر في المحاور بشكل كبير عن تلك المعتادة في الهندسة الكهربائية: 1) سرعة انتشار النبضات على طول المحور العصبي أقل بعدة مرات من تلك المميزة لتلك المعدنية؛ 2) بعد مرور النبضة الكهربائية، هناك وقت "ميت"، يكون خلاله انتشار النبضة التالية مستحيلاً؛ 3) هناك قيمة جهد عتبة (لا تنتشر النبضات ذات السعة أقل من العتبة) ؛ 4) مع زيادة بطيئة في الجهد، حتى بقيمة تتجاوز العتبة، لا ينتقل النبض على طول المحور العصبي ("الإقامة").

تم شرح السمات المذكورة للتوصيل المحوري، والتي لا تتميز بها الهندسة الكهربائية التقليدية، في إطار آلية كهروكيميائية محددة للغاية، ينتمي دورها المركزي إلى غشاء الخلية شبه المنفذ للأيونات، الذي يفصل بين الحجم الداخلي للخلية (و محورها العصبي) يحتوي على تركيز مرتفع بشكل غير طبيعي من أيونات K+ وأيونات Na+ منخفضة من بيئة مملوءة بمحلول ملحي. نتيجة للحركة الحرارية الفوضوية للجزيئات عبر الحدود بين المناطق ذات التركيزات المختلفة للأيونات الموجبة، تنشأ تدفقات الانتشار (K+ - خارج الخلية، Na+ - داخلها)، والتي يتم تنظيم سرعتها من خلال نفاذية المادة. غشاء الخلية وفرق الجهد الكهربائي على جانبيه. تؤدي التغييرات في نفاذية الغشاء لكل من الأيونات إلى تغيير في عدد الجزيئات المشحونة التي تعبر الحدود، وبالتالي إلى تغيير في الإمكانات الكهربائية للمحور العصبي بالنسبة للبيئة الخارجية. كما أظهرت التجارب، تتغير موصلية جزء من الغشاء اعتمادًا على فرق الجهد المطبق عليه. الذي - التي. يؤدي تطبيق دفعة كهربائية على جزء من محور عصبي إلى تغيير موصلية الغشاء لفترة قصيرة (اعتمادًا على خصائص المحور العصبي)، مما يؤدي إلى إعادة توزيع الشحنات وتضخيم الدافع وتشكيل حافته الخلفية. في هذه الحالة، يلعب المحور العصبي في نفس الوقت دور الموصل و "المحطات الفرعية المضخمة - المكررات"، والتي تتجنب توهين الإشارات المنقولة في الجسم عبر مسافات طويلة إلى حد ما.

ومن المثير للاهتمام أن مشكلة مشابهة جدًا لتلك التي تم حلها بطبيعتها، قبل وقت قصير من اكتشاف آلية التوصيل المحوري، كان لا بد من حلها في هندسة الراديو عند محاولة تنظيم اتصال كابل عبر المحيط الأطلسي. ومن أجل تجنب التوهين وتشويه الإشارة في الخط الطويل، كان لا بد من تقسيم الكابل إلى وصلات قصيرة نسبيًا، يتم وضع مكبرات الصوت بينها. إن الخبرة التي اكتسبها الفيزيائيون في إنشاء خطوط اتصالات كبلية طويلة سهلت بشكل كبير حل مشكلة آلية التوصيل الكهربائي للمحور العصبي.

مراجع

لإعداد هذا العمل، تم استخدام مواد من الموقع

لوجود تيار كهربائي ثابت، من الضروري وجود جسيمات مشحونة حرة ووجود مصدر تيار. حيث يتم تحويل أي نوع من الطاقة إلى طاقة مجال كهربائي.

المصدر الحالي - جهاز يتم فيه تحويل أي نوع من الطاقة إلى طاقة مجال كهربائي. في المصدر الحالي، تعمل القوى الخارجية على الجسيمات المشحونة في دائرة مغلقة. تختلف أسباب حدوث القوى الخارجية في المصادر الحالية المختلفة. على سبيل المثال، في البطاريات والخلايا الكلفانية، تنشأ قوى خارجية نتيجة لحدوث تفاعلات كيميائية، في مولدات محطات الطاقة، تنشأ عندما يتحرك موصل في مجال مغناطيسي، في الخلايا الضوئية - عندما يعمل الضوء على الإلكترونات في المعادن وأشباه الموصلات.

القوة الدافعة الكهربائية للمصدر الحالي هي نسبة عمل القوى الخارجية إلى كمية الشحنة الموجبة المنقولة من القطب السالب للمصدر الحالي إلى القطب الموجب.

المفاهيم الأساسية.

القوة الحالية - كمية فيزيائية عددية تساوي نسبة الشحنة التي تمر عبر الموصل إلى الوقت الذي مرت فيه هذه الشحنة.

أين أنا - القوة الحالية، س - كمية الشحن (كمية الكهرباء) ، ر - شحن وقت العبور.

الكثافة الحالية - الكمية الفيزيائية المتجهة تساوي نسبة القوة الحالية إلى مساحة المقطع العرضي للموصل.

أين ي -الكثافة الحالية, س - مساحة المقطع العرضي للموصل.

يتزامن اتجاه ناقل الكثافة الحالي مع اتجاه حركة الجزيئات الموجبة الشحنة.

الجهد االكهربى - كمية فيزيائية عددية تساوي نسبة الشغل الإجمالي لكولوم والقوى الخارجية عند تحريك شحنة موجبة في منطقة ما إلى قيمة هذه الشحنة.

أين أ - العمل الكامل للقوى الخارجية وكولوم، س - شحنة كهربائية .

المقاومة الكهربائية - كمية فيزيائية تميز الخواص الكهربائية لقسم الدائرة.

أين ρ - مقاومة محددة للموصل، ل - طول قسم الموصل، س - مساحة المقطع العرضي للموصل.

الموصلية تسمى المقاومة المتبادلة

أين ز - الموصلية.

قوانين أوم.

قانون أوم للجزء المتجانس من السلسلة.

تتناسب القوة الحالية في قسم متجانس من الدائرة بشكل مباشر مع الجهد عند مقاومة ثابتة للقسم وتتناسب عكسيًا مع مقاومة القسم عند جهد ثابت.

أين ش - التوتر في المنطقة، ر - مقاومة المنطقة.

قانون أوم لقسم عشوائي من الدائرة التي تحتوي على مصدر تيار مباشر.

أين φ 1 - φ 2 + ε = ش الجهد في قسم معين من الدائرة ،ر - المقاومة الكهربائية لقسم معين من الدائرة.

قانون أوم للدائرة الكاملة.

قوة التيار في دائرة كاملة تساوي نسبة القوة الدافعة الكهربائية للمصدر إلى مجموع مقاومات الأقسام الخارجية والداخلية للدائرة.

أين ر - المقاومة الكهربائية للقسم الخارجي للدائرة، ص - المقاومة الكهربائية للقسم الداخلي للدائرة.

ماس كهربائى.

من قانون أوم لدائرة كاملة يترتب على ذلك أن قوة التيار في دائرة ذات مصدر تيار معين تعتمد فقط على مقاومة الدائرة الخارجية ر.

إذا كان موصل ذو مقاومة متصلاً بأقطاب مصدر تيار ر<< ص, عندها فقط المجال الكهرومغناطيسي للمصدر الحالي ومقاومته سيحددان قيمة التيار في الدائرة. ستكون هذه القيمة الحالية هي الحد الأقصى لمصدر تيار معين وتسمى تيار الدائرة القصيرة.

القوة الدافعة الكهربائية.يتميز أي مصدر تيار بالقوة الدافعة الكهربائية، أو باختصار EMF. إذن، على بطارية المصباح الدائري مكتوب: 1.5 فولت. ماذا يعني هذا؟ قم بتوصيل كرتين معدنيتين تحملان شحنات ذات إشارات متضادة بموصل. تحت تأثير المجال الكهربائي لهذه الشحنات ينشأ تيار كهربائي في الموصل ( الشكل 15.7). لكن هذا التيار سيكون قصير الأجل للغاية. تعمل الشحنات على تحييد بعضها البعض بسرعة، وسوف تصبح إمكانات الكرات هي نفسها، وسوف يختفي المجال الكهربائي.

القوى الخارجية.لكي يكون التيار ثابتا، من الضروري الحفاظ على جهد ثابت بين الكرات. لهذا تحتاج إلى جهاز ( المصدر الحالي) والتي من شأنها نقل الشحنات من كرة إلى أخرى في الاتجاه المعاكس لاتجاه القوى المؤثرة على هذه الشحنات من المجال الكهربائي للكرات. في مثل هذا الجهاز، بالإضافة إلى القوى الكهربائية، يجب التأثير على الشحنات بواسطة قوى ذات أصل غير كهروستاتيكي ( الشكل 15.8). المجال الكهربائي للجسيمات المشحونة وحدها ( كولومب مجال) غير قادر على الحفاظ على تيار مستمر في الدائرة.

تسمى أي قوى تؤثر على الجسيمات المشحونة كهربائيًا، باستثناء القوى ذات الأصل الكهروستاتيكي (أي قوى كولوم) بواسطة قوى خارجية.سيصبح الاستنتاج حول الحاجة إلى قوى خارجية للحفاظ على تيار ثابت في الدائرة أكثر وضوحًا إذا لجأنا إلى قانون الحفاظ على الطاقة. المجال الكهروستاتيكي محتمل. الشغل الذي يبذله هذا المجال عندما تتحرك فيه الجسيمات المشحونة على طول دائرة كهربائية مغلقة يساوي صفرًا. يكون مرور التيار عبر الموصلات مصحوبًا بإطلاق الطاقة - حيث يسخن الموصل. ولذلك، يجب أن يكون هناك مصدر ما للطاقة في الدائرة التي تزود الدائرة بها. بالإضافة إلى قوات كولومب، يجب أن تعمل فيها قوى خارجية وغير محتملة. يجب أن يكون عمل هذه القوى على طول حلقة مغلقة مختلفًا عن الصفر. وفي عملية القيام بالعمل بواسطة هذه القوى، تكتسب الجسيمات المشحونة الطاقة داخل المصدر الحالي ومن ثم تعطيها لموصلات الدائرة الكهربائية. تعمل قوى خارجية على تحريك الجسيمات المشحونة داخل جميع مصادر التيار: في المولدات في محطات الطاقة، وفي الخلايا الكلفانية، والبطاريات، وما إلى ذلك. عند إغلاق الدائرة، يتم إنشاء مجال كهربائي في جميع موصلات الدائرة. داخل المصدر الحالي تتحرك الشحنات تحت تأثير القوى الخارجية ضد قوات كولومب(الإلكترونات من القطب الموجب الشحنة إلى القطب السالب)، وفي الدائرة الخارجية يتم دفعها بواسطة مجال كهربائي (انظر. الشكل 15.8). طبيعة القوى الخارجية.يمكن أن تختلف طبيعة القوى الخارجية. في مولدات محطات الطاقة، القوى الخارجية هي قوى تعمل من مجال مغناطيسي على الإلكترونات في موصل متحرك. في الخلية الجلفانية، مثل خلية فولتا، تعمل القوى الكيميائية. تتكون خلية فولتا من أقطاب الزنك والنحاس الموضوعة في محلول حمض الكبريتيك. تؤدي القوى الكيميائية إلى ذوبان الزنك في الحمض. تمر أيونات الزنك المشحونة بشكل إيجابي إلى المحلول، ويصبح قطب الزنك نفسه مشحونًا بشحنة سالبة. (يذوب النحاس قليلًا جدًا في حامض الكبريتيك). ويظهر فرق الجهد بين قطبي الزنك والنحاس، وهو ما يحدد التيار في دائرة كهربائية مغلقة. القوة الدافعة الكهربائية.يتميز عمل القوى الخارجية بكمية فيزيائية مهمة تسمى القوة الدافعة الكهربائية(مختصر EMF). القوة الدافعة الكهربية لمصدر تيار تساوي نسبة الشغل الذي تبذله القوى الخارجية عند تحريك شحنة على طول دائرة مغلقة إلى مقدار هذا الشغل:

تكلفة القوة الدافعة الكهربائية للخلية الجلفانيةهي كمية تساوي عدديا عمل القوى الخارجية عند تحريك شحنة موجبة واحدة داخل العنصر من قطب إلى آخر. لا يمكن التعبير عن عمل القوى الخارجية من خلال فرق الجهد، حيث أن القوى الخارجية غير محتملة وعملها يعتمد على شكل مسار الشحنات. لذلك، على سبيل المثال، فإن عمل القوى الخارجية عند تحريك الشحنة بين أطراف مصدر حالي خارج المصدر نفسه يساوي صفرًا. الآن أنت تعرف ما هو EMF. إذا كانت البطارية تقول 1.5 فولت، فهذا يعني أن القوى الخارجية (الكيميائية في هذه الحالة) تبذل شغلاً مقداره 1.5 J عند نقل شحنة مقدارها 1 C من أحد قطبي البطارية إلى القطب الآخر. لا يمكن للتيار المباشر أن يتواجد في دائرة مغلقة إذا لم تكن هناك قوى خارجية تعمل فيها، أي لا يوجد مجال للمجالات الكهرومغناطيسية.

التوصيل المتوازي والمتسلسل للموصلات

لندخل في الدائرة الكهربائية مصباحين متوهجين كأحمال (المستهلكين الحاليين)، ولكل منهما مقاومة معينة، ويمكن استبدال كل منهما بموصل بنفس المقاومة.

اتصال تسلسلي

حساب معلمات الدائرة الكهربائية مع التوصيل التسلسلي للمقاومات:

1. القوة الحالية في جميع أقسام الدائرة المتصلة بالسلسلة هي نفسها 2. الجهد في دائرة مكونة من عدة أقسام متصلة على التوالي يساوي مجموع الجهود في كل قسم 3. مقاومة الدائرة المكونة من عدة أقسام متصلة على التوالي تساوي مجموع مقاومات كل قسم

4. عمل التيار الكهربائي في دائرة مكونة من مقاطع متصلة على التوالي يساوي مجموع العمل في المقاطع الفردية

A = A1 + A2 5. إن قوة التيار الكهربائي في دائرة مكونة من أقسام متصلة على التوالي تساوي مجموع القوى في الأقسام الفردية

اتصال موازي

حساب معلمات الدائرة الكهربائية مع التوصيل المتوازي للمقاومات:

1. قوة التيار في قسم غير متفرع من الدائرة تساوي مجموع قوى التيار في جميع الأقسام المتصلة بالتوازي

3. عند توصيل المقاومات على التوازي تضاف القيم المتبادلة للمقاومة:

(R - مقاومة الموصل، 1/R - التوصيل الكهربائي للموصل)

إذا تم توصيل مقاومتين فقط على التوازي في الدائرة، إذن يا:

(مع التوصيل الموازي، تكون المقاومة الإجمالية للدائرة أقل من المقاومة الأصغر المضمنة)

4. إن عمل تيار كهربائي في دائرة مكونة من مقاطع موصولة على التوازي يساوي مجموع الشغل في المقاطع الفردية: أ=أ1+أ2 5. إن قوة التيار الكهربائي في دائرة مكونة من أقسام متوازية موصولة تساوي مجموع القوى في الأقسام الفردية: ف=P1+P2

لمقاومتين: أي. كلما زادت المقاومة، قل التيار الذي تحتوي عليه.

قانون جول لينز هو قانون فيزيائي يسمح لنا بتحديد التأثير الحراري للتيار في الدائرة، وفقًا لهذا القانون: ، حيث I هو التيار في الدائرة، R هي المقاومة، t هو الوقت. تم حساب هذه الصيغة عن طريق إنشاء دائرة كهربائية: خلية كلفانية (بطارية)، ومقاوم وأميتر. تم غمس المقاومة في سائل تم إدخال مقياس الحرارة فيه وقياس درجة الحرارة. وهكذا استمدوا قانونهم وحفروا أنفسهم في التاريخ إلى الأبد، ولكن حتى بدون تجاربهم كان من الممكن استخلاص نفس القانون:

U=A/q A=U*q=U*I*t=I^2*R*t ولكن على الرغم من هذا، تكريم ومدح لهؤلاء الناس.

يحدد قانون جول لينز كمية الحرارة المنبعثة في جزء من الدائرة الكهربائية الذي يتمتع بمقاومة محدودة عندما يمر التيار عبره. الشرط الأساسي هو عدم وجود تحولات كيميائية في هذا القسم من السلسلة.

أعمال التيار الكهربائي

يوضح الشغل الذي يبذله التيار الكهربائي مقدار الشغل الذي يبذله المجال الكهربائي عند تحريك الشحنات على طول الموصل.

وبمعرفة الصيغتين: I = q/t ..... و..... U = A/q يمكننا استخلاص صيغة لحساب شغل التيار الكهربائي: إن عمل تيار كهربائي يساوي حاصل ضرب قوة التيار والجهد وزمن سريان التيار في الدائرة.

وحدة قياس عمل التيار الكهربائي في النظام الدولي للوحدات (SI) هي [A] = 1 J = 1A. ب. ج

تعلمها، وسوف تكون مفيدة!عند حساب عمل التيار الكهربائي، غالبًا ما يتم استخدام وحدة عمل متعددة للتيار الكهربائي خارج النظام: 1 كيلووات ساعة (كيلووات / ساعة).

1 كيلووات ساعة = ..........W.s = 3,600,000 ج

في كل شقة، لحساب الكهرباء المستهلكة، يتم تركيب عدادات كهرباء خاصة، والتي توضح عمل التيار الكهربائي خلال فترة زمنية معينة عند تشغيل الأجهزة الكهربائية المنزلية المختلفة. توضح هذه العدادات عمل التيار الكهربائي (استهلاك الكهرباء) بـ “كيلوواط ساعة”.

عليك أن تتعلم كيفية حساب تكلفة الكهرباء المستهلكة! نحن نفهم بعناية حل المشكلة في الصفحة 122 من الكتاب المدرسي (الفقرة 52)!

الطاقة الكهربائية

توضح قوة التيار الكهربي الشغل الذي يبذله التيار لكل وحدة زمنية وتساوي نسبة الشغل المنجز إلى الوقت الذي تم خلاله بذل هذا الشغل.

(يُشار إلى القوة في الميكانيكا عادةً بالحرف نفي الهندسة الكهربائية - الرسالة ر) لأن أ = وحدة دوليةفإن قوة التيار الكهربائي تساوي:

أو

وحدة طاقة التيار الكهربائي في نظام SI:

[P] = 1 وات (وات) = 1 أ.ب

قوانين كيرشوف – القواعد التي توضح كيفية ارتباط التيارات والفولتية في الدوائر الكهربائية.صاغ غوستاف كيرشوف هذه القواعد في عام 1845. غالبًا ما يطلق عليها في الأدبيات قوانين كيرشوف، لكن هذا ليس صحيحًا، لأنها ليست قوانين طبيعة، ولكنها مشتقة من معادلة ماكسويل الثالثة ذات المجال المغناطيسي الثابت. لكن لا يزال الاسم الأول مألوفًا لهم أكثر، لذلك سنسميهم، كما هو معتاد في الأدب، بقوانين كيرتشوف.

قانون كيرشوف الأول - مجموع التيارات المتقاربة عند العقدة يساوي صفراً.

دعونا معرفة ذلك. العقدة هي نقطة تربط الفروع. الفرع هو جزء من سلسلة بين العقد. يوضح الشكل أن التيار i يدخل العقدة، والتيارات i 1 و i 2 تخرج من العقدة. نقوم بتأليف تعبير لقانون كيرشوف الأول، مع الأخذ في الاعتبار أن التيارات الداخلة إلى العقدة لها علامة زائد، والتيارات الصادرة من العقدة لها علامة ناقص i-i 1 -i 2 =0. يبدو أن التيار i ينتشر إلى تيارين أصغر ويساوي مجموع التيارات i 1 و i 2 i=i 1 +i 2 . ولكن، على سبيل المثال، إذا دخل التيار i 2 إلى العقدة، فسيتم تعريف التيار i على أنه i=i 1 -i 2. من المهم مراعاة العلامات عند تكوين المعادلة.

قانون كيرشوف الأول هو نتيجة لقانون الحفاظ على الكهرباء: الشحنة التي تصل إلى العقدة خلال فترة زمنية معينة تساوي الشحنة التي تترك العقدة خلال نفس الفترة الزمنية، أي. الشحنة الكهربائية في العقدة لا تتراكم ولا تختفي.

قانون كيرشوف الثاني – المجموع الجبري للقوة الدافعة الكهربية المؤثرة في دائرة مغلقة يساوي المجموع الجبري لانخفاض الجهد في هذه الدائرة.

يتم التعبير عن الجهد كمنتج للتيار والمقاومة (وفقًا لقانون أوم).

ولهذا القانون أيضًا قواعده الخاصة للتطبيق. أولاً، تحتاج إلى تحديد اتجاه اجتياز الكفاف باستخدام سهم. ثم قم بجمع المجالات الكهرومغناطيسية والجهد وفقًا لذلك، مع أخذها بعلامة زائد إذا كانت القيمة تتطابق مع اتجاه الالتفافية وناقص إذا لم تتطابق. لنقم بإنشاء معادلة وفقًا لقانون كيرشوف الثاني لمخططنا. ننظر إلى سهمنا، E 2 و E 3 يتطابقان معه في الاتجاه، مما يعني علامة زائد، و E 1 موجه في الاتجاه المعاكس، مما يعني علامة ناقص. الآن ننظر إلى الفولتية، والتيار I 1 يتزامن في اتجاه السهم، والتيارات I 2 و I 3 موجهة في الاتجاه المعاكس. لذلك:

-E 1 +ه 2 +ه 3 =أنا 1 ر 1 -أنا 2 ر 2 -أنا 3 ر 3

بناءً على قوانين كيرشوف، تم تجميع طرق تحليل دوائر التيار الجيبية المتناوبة. طريقة التيار الحلقي هي طريقة تعتمد على تطبيق قانون كيرشوف الثاني وطريقة الجهد العقدي تعتمد على تطبيق قانون كيرشوف الأول.

شروط حدوث التيار.

وكثافته تحددها العلاقة:

وحدة قياس التيار هي الأمبير (1A هي القيمة المميزة للتيار الذي تستهلكه أجهزة التدفئة الكهربائية المنزلية).

الشروط اللازمة لوجود التيار هي وجود ناقلات شحن مجانية ودائرة مغلقة ومصدر EMF (بطارية) يدعم الحركة الاتجاهية.

بلازما.

). وتسمى عادة بدرجة الحرارة المنخفضة لأن درجة حرارة الذرات والأيونات قريبة من درجة حرارة الغرفة. وتبين أن متوسط طاقة الإلكترونات الأخف وزنًا أكبر بكثير. الذي - التي. البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة هي وسط مفتوح غير متوازن إلى حد كبير. وكما ذكرنا، فإن عمليات التنظيم الذاتي ممكنة في مثل هذه البيئات. ومن الأمثلة المعروفة توليد إشعاع متماسك عالي الترتيب في بلازما الليزر الغازي.

كهرباء الغلاف الجوي.

أ/) حتى في موصل رديء مثل الهواء. إن إجمالي التيار الذي يصل إلى سطح الكوكب كبير جدًا (حوالي A)، والطاقة التي يطلقها تعادل قوة جميع محطات الطاقة المبنية (W). وتطرح أسئلة طبيعية حول آلية الحفاظ على هذا الاختلاف المحتمل وعن أسباب عدم استخدام الإنسان لوجوده حتى الآن.

التيار الكهربائي في الأنسجة الحية.