विजेची मूलतत्त्वे

प्राचीन ग्रीक लोकांनी विजेचा अभ्यास सुरू होण्याच्या खूप आधी विद्युत घटनांचे निरीक्षण केले. अर्ध-मौल्यवान एम्बर दगड लोकर किंवा फर सह घासणे पुरेसे आहे, कारण ते कोरड्या पेंढा, कागद किंवा फ्लफ आणि पंखांचे तुकडे आकर्षित करण्यास सुरवात करते.

आधुनिक शालेय प्रयोगांमध्ये रेशीम किंवा लोकर घासलेल्या काच आणि इबोनाइट रॉडचा वापर केला जातो. या प्रकरणात, असे मानले जाते की काचेच्या रॉडवर सकारात्मक शुल्क राहते आणि इबोनाइट रॉडवर नकारात्मक शुल्क असते. हे रॉड कागदाचे छोटे तुकडे किंवा सारखे आकर्षित करू शकतात. लहान वस्तू. चार्ल्स कुलॉम्ब यांनी अभ्यासलेल्या विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाचे हे आकर्षण आहे.

ग्रीकमध्ये, एम्बरला इलेक्ट्रॉन म्हणतात, म्हणून अशा आकर्षक शक्तीचे वर्णन करण्यासाठी, विल्यम हिल्बर्ट (1540 - 1603) यांनी "इलेक्ट्रिक" हा शब्द प्रस्तावित केला.

1891 मध्ये, इंग्रजी शास्त्रज्ञ स्टोनी जॉर्ज जॉन्स्टन यांनी पदार्थांमध्ये विद्युतीय कणांच्या अस्तित्वाची कल्पना केली, ज्याला त्यांनी इलेक्ट्रॉन म्हटले. या विधानामुळे तारांमधील विद्युत प्रक्रिया समजून घेणे अधिक सोपे झाले.

धातूंमधील इलेक्ट्रॉन हे त्यांच्या अणूंपासून अगदी मुक्त आणि सहजपणे विभक्त असतात आणि विद्युत क्षेत्राच्या कृती अंतर्गत, अधिक अचूकपणे, संभाव्य फरक धातूच्या अणूंमध्ये फिरतात, ज्यामुळे वीज… अशाप्रकारे, तांब्याच्या तारेतील विद्युत प्रवाह हा वायरच्या एका टोकापासून दुसऱ्या टोकापर्यंत वाहणारा इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह असतो.

केवळ धातू वीज चालविण्यास सक्षम नाहीत. काही विशिष्ट परिस्थितींमध्ये, द्रव, वायू आणि अर्धसंवाहक विद्युत प्रवाहक असतात. या वातावरणात, चार्ज वाहक आयन, इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र असतात. परंतु आत्ता आम्ही फक्त धातूंबद्दल बोलत आहोत, कारण त्यातही सर्वकाही इतके सोपे नाही.

आत्तासाठी, आम्ही थेट प्रवाहाबद्दल बोलत आहोत, ज्याची दिशा आणि परिमाण बदलत नाही. म्हणून, विद्युतीय आकृत्यांवर बाणांसह सूचित करणे शक्य आहे जेथे विद्युत प्रवाह वाहतो. विद्युत् प्रवाह सकारात्मक ध्रुवापासून नकारात्मक ध्रुवाकडे वाहतो असे मानले जाते, असा निष्कर्ष विजेच्या अभ्यासात लवकर आला.

नंतर असे दिसून आले की इलेक्ट्रॉन प्रत्यक्षात अगदी विरुद्ध दिशेने - वजा ते प्लसकडे जातात. परंतु असे असूनही, त्यांनी "चुकीची" दिशा सोडली नाही, शिवाय, या दिशेनेच विद्युत प्रवाहाची तांत्रिक दिशा म्हणतात. तरीही दिवा पेटला तरी काय फरक पडतो. इलेक्ट्रॉनच्या गतीची दिशा सत्य म्हणतात आणि बहुतेकदा वैज्ञानिक संशोधनात वापरली जाते.

हे आकृती 1 मध्ये स्पष्ट केले आहे.

चित्र १.

जर स्विच काही काळ बॅटरीवर "फेकले" असेल, तर इलेक्ट्रोलाइटिक कॅपेसिटर सी चार्ज होईल आणि त्यावर काही चार्ज जमा होईल. कॅपेसिटर चार्ज केल्यानंतर, स्विच बल्बकडे वळला. दिवा लुकलुकतो आणि बाहेर जातो - कॅपेसिटर डिस्चार्ज होतो. हे अगदी स्पष्ट आहे की फ्लॅशचा कालावधी कॅपेसिटरमध्ये साठवलेल्या इलेक्ट्रिक चार्जच्या प्रमाणात अवलंबून असतो.

गॅल्व्हॅनिक बॅटरी इलेक्ट्रिक चार्ज देखील साठवते, परंतु कॅपेसिटरपेक्षा बरेच काही. म्हणून, फ्लॅश वेळ पुरेसा आहे - दिवा कित्येक तास जळू शकतो.

इलेक्ट्रिक चार्ज, वर्तमान, प्रतिकार आणि व्होल्टेज

इलेक्ट्रिक चार्जेसचा अभ्यास फ्रेंच शास्त्रज्ञ सी. कुलॉम्ब यांनी केला होता, ज्यांनी 1785 मध्ये त्याच्या नावाचा कायदा शोधला होता.

सूत्रांमध्ये, इलेक्ट्रिक चार्ज Q किंवा q म्हणून दर्शविला जातो. या परिमाणाचा भौतिक अर्थ म्हणजे विद्युत चुंबकीय परस्परसंवादांमध्ये प्रवेश करण्याची चार्ज केलेल्या शरीराची क्षमता: जसे शुल्क मागे घेतात तसे वेगवेगळे आकर्षित होतात. शुल्कांमधील परस्परसंवादाचे बल थेट शुल्काच्या आकाराच्या प्रमाणात आणि अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्त प्रमाणात असते. त्यांच्या दरम्यान. जर ते सूत्राच्या स्वरूपात असेल तर ते असे दिसते:

F = q1 * q2 / r2

इलेक्ट्रॉनचा विद्युत प्रभार फारच लहान असतो, म्हणून व्यवहारात ते कूलॉम्ब नावाच्या शुल्काची परिमाण वापरतात... हे मूल्य आंतरराष्ट्रीय प्रणाली SI (C) मध्ये वापरले जाते. पेंडंटमध्ये 6.24151*1018 (दहा ते अठराव्या पॉवर) पेक्षा कमी इलेक्ट्रॉन नसतात. जर या चार्जमधून प्रति सेकंद 1 दशलक्ष इलेक्ट्रॉन सोडले गेले तर ही प्रक्रिया 200 हजार वर्षे टिकेल!

SI प्रणालीतील विद्युत् प्रवाहाच्या मोजमापाचे एकक अँपिअर (A) हे फ्रेंच शास्त्रज्ञ आंद्रे मेरी अँपिअर (1775 - 1836) यांच्या नावावरून आहे. 1A च्या करंटवर, 1 सेकंदात वायरच्या क्रॉस सेक्शनमधून अगदी 1 C चा चार्ज जातो. या प्रकरणातील गणितीय सूत्र खालीलप्रमाणे आहे: I = Q/t.

या सूत्रात, विद्युत प्रवाह अँपिअरमध्ये आहे, शुल्क कौलॉम्बमध्ये आहे आणि वेळ सेकंदात आहे. सर्व उपकरणे SI प्रणालीशी सुसंगत असणे आवश्यक आहे.

दुसऱ्या शब्दांत, प्रति सेकंद एक पेंडेंट सोडला जातो. किलोमीटर प्रति तास कारच्या वेगासारखेच.म्हणून, विद्युत प्रवाहाची ताकद विद्युत शुल्काच्या प्रवाहाच्या दरापेक्षा अधिक काही नाही.

अधिक वेळा दैनंदिन जीवनात, ऑफ-सिस्टम युनिट अँपिअर * तास वापरला जातो. कारच्या बॅटरी आठवण्यासाठी पुरेसे आहे, ज्याची क्षमता केवळ अँपिअर-तासांमध्ये दर्शविली जाते. आणि प्रत्येकाला हे माहित आहे आणि समजले आहे, जरी ऑटो पार्ट्सच्या स्टोअरमध्ये कोणीही पेंडेंट लक्षात ठेवत नाही. परंतु त्याच वेळी अद्याप एक गुणोत्तर आहे: 1 सी = 1 * / 3600 अँपिअर * तास. अशा प्रमाणाला अँपिअर * सेकंद म्हणणे शक्य आहे.

दुसर्‍या व्याख्येमध्ये, 1 A चा विद्युत् प्रवाह 1 Ω येथे प्रतिरोधक कंडक्टरमध्ये वाहतो. संभाव्य फरक (व्होल्टेज) वायरच्या शेवटी 1 V. या मूल्यांमधील गुणोत्तर द्वारे निर्धारित केले जाते ओमचा कायदा... हा कदाचित सर्वात महत्वाचा विद्युत कायदा आहे, लोक शहाणपणाने असे म्हटले आहे की हे योगायोगाने नाही: "जर तुम्हाला ओमचा कायदा माहित नसेल तर घरीच रहा!"

ओम्स लॉ टेस्ट

हा कायदा आता सर्वांना ज्ञात आहे: "सर्किटमधील विद्युत् प्रवाह थेट व्होल्टेजच्या प्रमाणात आणि प्रतिकाराच्या व्यस्त प्रमाणात आहे." असे दिसते की फक्त तीन अक्षरे आहेत - I = U / R, प्रत्येक विद्यार्थी म्हणेल: «मग काय?». पण प्रत्यक्षात या छोट्या सूत्राचा रस्ता बराच काटेरी आणि लांब होता.

ओहमच्या नियमाची चाचणी घेण्यासाठी, तुम्ही आकृती 2 मध्ये दर्शविलेले सर्वात सोपे सर्किट एकत्र करू शकता.

आकृती 2.

तपास अगदी सोपा आहे - कागदावर बिंदूनुसार पुरवठा व्होल्टेज बिंदू वाढवून, आकृती 3 मध्ये दर्शविलेले आलेख तयार करा.

आकृती 3.

असे दिसते की आलेख पूर्णपणे सरळ रेषा बनला पाहिजे, कारण I = U / R हा संबंध U = I * R म्हणून दर्शविला जाऊ शकतो आणि गणितामध्ये ती एक सरळ रेषा आहे. खरं तर, उजव्या बाजूला, ओळ खाली वाकते. कदाचित जास्त नाही, परंतु ते वाकते आणि काही कारणास्तव खूप अष्टपैलू आहे.या प्रकरणात, वाकणे चाचणी केलेल्या प्रतिकारांना गरम करण्याच्या पद्धतीवर अवलंबून असेल. हे एका लांब तांब्याच्या तारेचे बनलेले आहे असे नाही: तुम्ही कॉइलला गुंडाळी घट्ट बांधू शकता, तुम्ही एस्बेस्टोसच्या थराने ते बंद करू शकता, कदाचित आज खोलीतील तापमान समान असेल, परंतु काल ते होते. भिन्न, किंवा खोलीत मसुदा आहे.

याचे कारण असे की तापमान तापल्यावर भौतिक शरीराच्या रेषीय परिमाणांप्रमाणेच प्रतिकारशक्तीवर परिणाम करते. प्रत्येक धातूचे स्वतःचे तापमान गुणांक (TCR) असते. परंतु जवळजवळ प्रत्येकजण विस्ताराबद्दल जाणतो आणि लक्षात ठेवतो, परंतु विद्युत गुणधर्मांमधील बदल (प्रतिरोध, कॅपेसिटन्स, इंडक्टन्स) विसरून जा. परंतु या प्रयोगांमधील तापमान हे अस्थिरतेचे सर्वात स्थिर स्त्रोत आहे.

साहित्यिक दृष्टिकोनातून, हे एक सुंदर टॅटोलॉजी असल्याचे दिसून आले, परंतु या प्रकरणात ते समस्येचे सार अगदी अचूकपणे व्यक्त करते.

19 व्या शतकाच्या मध्यभागी अनेक शास्त्रज्ञांनी हे अवलंबित्व शोधण्याचा प्रयत्न केला, परंतु प्रयोगांच्या अस्थिरतेने हस्तक्षेप केला आणि प्राप्त झालेल्या परिणामांच्या सत्यतेबद्दल शंका निर्माण केल्या. केवळ जॉर्ज सायमन ओहम (1787-1854) यात यशस्वी झाले, ज्यांनी नाकारले. सर्व दुष्परिणाम किंवा, जसे ते म्हणतात, झाडांसाठी जंगल पाहण्यासाठी. 1 Ohm resistance अजूनही या तेजस्वी शास्त्रज्ञाचे नाव आहे.

प्रत्येक घटक ओहमच्या नियमाद्वारे व्यक्त केला जाऊ शकतो: I = U / R, U = I * R, R = U / I.

या संबंधांना विसरू नये म्हणून, आकृती 4 मध्ये दर्शविलेले तथाकथित ओमचा त्रिकोण किंवा तत्सम काहीतरी आहे.

आकृती 4. ओमचा त्रिकोण

हे वापरणे अगदी सोपे आहे: फक्त आपल्या बोटाने इच्छित मूल्य बंद करा आणि इतर दोन अक्षरे तुम्हाला त्यांच्याशी काय करायचे ते दर्शवेल.

या सर्व सूत्रांमध्ये तणाव काय भूमिका निभावतो, त्याचा भौतिक अर्थ काय आहे हे लक्षात ठेवायचे आहे. विद्युत क्षेत्रातील दोन बिंदूंवरील संभाव्य फरक म्हणून व्होल्टेज सामान्यतः समजले जाते. सोपे समजून घेण्यासाठी, ते एक नियम म्हणून, टाकी, पाणी आणि पाईप्ससह समानता वापरतात.

या "प्लंबिंग" योजनेमध्ये, पाईपमधील पाण्याचा वापर (लिटर/सेकंद) फक्त करंट (कुलॉम्ब/से) आहे आणि टाकीमधील वरच्या पातळीतील आणि उघड्या नळातील फरक हा संभाव्य फरक (व्होल्टेज) आहे. . तसेच, जर झडप उघडे असेल तर, आउटलेट दाब वातावरणाच्या बरोबरीचा असेल, जो सशर्त शून्य पातळी म्हणून घेतला जाऊ शकतो.

इलेक्ट्रिकल सर्किट्समध्ये, हे अधिवेशन सामान्य कंडक्टर ("ग्राउंड") साठी एक बिंदू घेणे शक्य करते ज्याच्या विरूद्ध सर्व मोजमाप आणि समायोजन केले जातात. बहुतेकदा, वीज पुरवठ्याचे नकारात्मक टर्मिनल हे वायर मानले जाते, जरी हे नेहमीच नसते.

इटालियन भौतिकशास्त्रज्ञ अॅलेसॅन्ड्रो व्होल्टा (1745-1827) यांच्या नावावरून व्होल्ट (V) मध्ये संभाव्य फरक मोजला जातो. आधुनिक व्याख्येनुसार, 1 V च्या संभाव्य फरकासह, 1 C चा चार्ज हलविण्यासाठी 1 J ची उर्जा खर्च केली जाते. वापरलेली ऊर्जा उर्जा स्त्रोताद्वारे पुन्हा भरली जाते, "प्लंबिंग" सर्किटशी साधर्म्य ठेवून, टाकीतील पाण्याच्या पातळीला आधार देणारा पंप असावा.