विद्युत धारा को प्रत्यक्ष क्या कहते हैं? लगातार विद्युत प्रवाह. मुख्य केन्द्र

4.1. विद्युत धारा के लक्षण. चालन धारा के अस्तित्व के लिए शर्त.

बिजली- आवेशित कणों की क्रमबद्ध गति। की क्रिया के तहत मुक्त आवेशों की क्रमबद्ध गति के परिणामस्वरूप संचालन मीडिया में उत्पन्न होने वाली विद्युत धारा विद्युत क्षेत्रइन वातावरणों में निर्मित को कहा जाता है चालन धारा. धातुओं में, वर्तमान वाहक मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, इलेक्ट्रोलाइट्स में - नकारात्मक और सकारात्मक आयन, अर्धचालक में - इलेक्ट्रॉन और छेद, गैसों में - आयन और इलेक्ट्रॉन।

विद्युत धारा की दिशा धनात्मक की क्रमबद्ध गति की दिशा है विद्युत शुल्क. लेकिन वास्तव में, धातु के कंडक्टरों में, करंट इलेक्ट्रॉनों की क्रमबद्ध गति से संचालित होता है, जो करंट की दिशा के विपरीत दिशा में चलते हैं।

वर्तमान ताकतअदिश कहा जाता है भौतिक मात्रा, चार्ज अनुपात के बराबर डीक्यू,इस अंतराल के मान तक, समय की एक छोटी अवधि में विचाराधीन सतह के माध्यम से स्थानांतरित किया गया:।

विद्युत धारा को कहते हैं स्थायी, यदि वर्तमान ताकत और उसकी दिशा समय के साथ नहीं बदलती है। के लिए एकदिश धारा.

शास्त्रीय इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत के अनुसार, वर्तमान ताकत , कहाँ इ- इलेक्ट्रॉन आवेश, - चालक में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता, - इलेक्ट्रॉनों की निर्देशित गति की गति, एस- कंडक्टर का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र। एसआई में वर्तमान ताकत की इकाई एम्पीयर है: 1 ए \u003d 1 सी / एस - वर्तमान ताकत जिस पर 1 एस में 1 सी का चार्ज कंडक्टर अनुभाग से गुजरता है।

विचाराधीन सतह के विभिन्न बिंदुओं पर विद्युत प्रवाह की दिशा और इस सतह पर वर्तमान ताकत का वितरण वर्तमान घनत्व द्वारा निर्धारित किया जाता है।

वर्तमान घनत्व वेक्टरइलेक्ट्रॉनों की गति की दिशा के विपरीत दिशा में निर्देशित होता है - धातुओं में वर्तमान वाहक और संख्यात्मक रूप से एक छोटे सतह तत्व के माध्यम से वर्तमान शक्ति के अनुपात के बराबर होता है, जो आवेशित कणों की गति की दिशा के लिए सामान्य होता है। डी एसइस तत्व का क्षेत्रफल: .

एक मनमाना सतह के माध्यम से वर्तमान एस:, वेक्टर का प्रक्षेपण कहां है जेसामान्य की दिशा में.

एक सजातीय कंडक्टर के लिए.

विद्युत धारा विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में उत्पन्न होती है। इस मामले में, कंडक्टर में आवेशों का संतुलन (इलेक्ट्रोस्टैटिक) वितरण गड़बड़ा जाता है, और इसकी सतह और आयतन समविभव होना बंद हो जाता है। अंदर कंडक्टर दिखाई देता है विद्युत क्षेत्र, और कंडक्टर की सतह पर विद्युत क्षेत्र की ताकत का स्पर्शरेखा घटक। चालक में विद्युत धारा तब तक जारी रहती है जब तक कि चालक के सभी बिंदु समविभव न हो जाएं। धारा को समय में स्थिर रखने के लिए यह आवश्यक है कि एक इकाई सतह के माध्यम से समान समय अंतराल के लिए प्रवाहित हो एक ही आरोप, अर्थात। कंडक्टर के सभी बिंदुओं पर विद्युत क्षेत्र की ताकत, जिसके माध्यम से यह धारा प्रवाहित होती है, अपरिवर्तित रही। इसलिए, प्रत्यक्ष धारा वाले कंडक्टर में कहीं भी चार्ज जमा या कम नहीं होना चाहिए। अन्यथा, इन आवेशों का विद्युत क्षेत्र बदल जाएगा। निर्दिष्ट शर्त का मतलब है कि डीसी सर्किट बंद होना चाहिए, और सर्किट के सभी क्रॉस सेक्शन में वर्तमान ताकत समान होनी चाहिए।

वर्तमान बनाए रखने के लिए, स्रोत विद्युतीय ऊर्जा - एक उपकरण जिसमें किसी भी प्रकार की ऊर्जा को विद्युत धारा ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

यदि चालक में विद्युत क्षेत्र उत्पन्न हो जाए और उसे बनाए रखने के लिए कोई उपाय न किया जाए तो चालक के अंदर का क्षेत्र बहुत जल्दी गायब हो जाएगा और विद्युत धारा रुक जाएगी। धारा को बनाए रखने के लिए आवेशों का संचलन करना आवश्यक है, जिसमें वे एक बंद पथ पर गति करेंगे। इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र वेक्टर का परिसंचरण शून्य के बराबर है, इसलिए, उन क्षेत्रों के साथ जिनमें सकारात्मक चार्ज विद्युत क्षेत्र के बल की रेखाओं के साथ चलते हैं, ऐसे क्षेत्र भी होने चाहिए जहां चार्ज का स्थानांतरण विद्युत क्षेत्र की ताकतों के खिलाफ होता है। इन क्षेत्रों में आवेशों की गति गैर-विद्युत मूल की शक्तियों की सहायता से संभव है, अर्थात। बाहरी ताकतें.

4.2. वैद्युतवाहक बल. वोल्टेज। संभावित अंतर।

धारा को बनाए रखने के लिए बाहरी ताकतों की पहचान उनके द्वारा आवेशों पर किए गए कार्य से की जा सकती है। धनात्मक आवेश की एक इकाई को संदर्भित बाह्य बलों के कार्य के बराबर मान को कहा जाता है वैद्युतवाहक बल(ईएमएफ)।एक बंद सर्किट में अभिनय करने वाले ईएमएफ को बाहरी बलों के क्षेत्र शक्ति वेक्टर के संचलन के रूप में परिभाषित किया जा सकता है।

ईएमएफ वोल्ट में व्यक्त किया जाता है।

वोल्टेज(या वोल्टेज ड्रॉप) सर्किट अनुभाग में 1-2 बिंदु से श्रृंखला के साथ चलते समय इलेक्ट्रोस्टैटिक और बाहरी बलों के परिणामी क्षेत्र द्वारा किए गए कार्य के संख्यात्मक रूप से बराबर भौतिक मात्रा कहा जाता है 1 बिल्कुल 2 इकाई धनात्मक आवेश: .

बाहरी ताकतों की अनुपस्थिति में, वोल्टेज यूसंभावित अंतर से मेल खाता है।

4.2. प्रत्यक्ष वर्तमान कानून.

1826 में, जर्मन वैज्ञानिक जी. ओम ने प्रयोगात्मक रूप से कानून स्थापित किया जिसके अनुसार एक सजातीय धातु कंडक्टर के माध्यम से बहने वाली धारा की ताकत कंडक्टर में वोल्टेज ड्रॉप के समानुपाती होती है: (ओम का नियम अभिन्न रूप में)। सजातीयवह चालक कहलाता है जिसमें बाह्य बल कार्य नहीं करते।

कीमत आरबुलाया विद्युतीय प्रतिरोध कंडक्टर, यह कंडक्टर के गुणों और उसके ज्यामितीय आयामों पर निर्भर करता है: , जहां - प्रतिरोधकता, अर्थात। 1 मी 2 की लंबाई वाले एक कंडक्टर का प्रतिरोध 1 मी 2 के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र के साथ, - कंडक्टर की लंबाई, एस-कंडक्टर का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र। कंडक्टर का प्रतिरोध, जैसा कि वह था, उसमें विद्युत प्रवाह की स्थापना के लिए कंडक्टर के प्रतिरोध का एक माप है। प्रतिरोध की इकाई 1 ओम है। एक कंडक्टर का प्रतिरोध 1 ओम है, यदि 1 V के संभावित अंतर के साथ, इसमें धारा 1 ए है।

सामान्यीकृत ईएमएफ वाले सर्किट अनुभाग के लिए ओम का नियम: किसी सर्किट अनुभाग के विद्युत प्रतिरोध और उसमें मौजूद धारा का गुणनफल गिरावट के योग के बराबर होता है विद्युत क्षमताइस खंड में और विचाराधीन खंड में शामिल विद्युत ऊर्जा के सभी स्रोतों का ईएमएफ: .

सर्किट के एक खंड के लिए सामान्यीकृत ओम का नियम विद्युत धारा सर्किट के एक खंड के संबंध में ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम को व्यक्त करता है।

विभेदक रूप में ओम का नियम: चालन धारा घनत्व तीव्रता के समानुपाती होता है इकंडक्टर में विद्युत क्षेत्र और दिशा में इसके साथ मेल खाता है, यानी। . आनुपातिकता कारक कहलाता है माध्यम की विशिष्ट विद्युत चालकता, और मान - माध्यम की विद्युत प्रतिरोधकता।

प्रतिरोधकता बनाम तापमानसूत्र द्वारा व्यक्त किया गया है , जहां - प्रतिरोधकता, - प्रतिरोध का थर्मल गुणांक, कंडक्टर के गुणों के आधार पर, - डिग्री सेल्सियस में तापमान।

25K से नीचे के तापमान पर कई धातुएं और मिश्र धातुएं पूरी तरह से अपना प्रतिरोध खो देती हैं - वे सुपरकंडक्टर बन जाती हैं। अतिचालकताएक क्वांटम घटना है. जब सुपरकंडक्टर में धारा प्रवाहित होती है तो कोई ऊर्जा हानि नहीं होती है। एक बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र अतिचालक अवस्था को नष्ट कर देता है।

तापमान निर्भरता:

सुसंगतकंडक्टरों का ऐसा कनेक्शन तब कहलाता है जब एक कंडक्टर का सिरा दूसरे कंडक्टर की शुरुआत से जुड़ा होता है। श्रृंखला से जुड़े कंडक्टरों के माध्यम से बहने वाली धारा समान है। सर्किट का कुल प्रतिरोध सर्किट में शामिल सभी व्यक्तिगत कंडक्टरों के प्रतिरोधों के योग के बराबर है:

समानांतरकंडक्टरों का ऐसा कनेक्शन तब कहलाता है जब सभी कंडक्टरों का एक सिरा एक नोड में जुड़ा होता है, दूसरा सिरा दूसरे में . पर समानांतर कनेक्शनसभी कंडक्टरों में वोल्टेज समान है, कनेक्शन नोड्स में संभावित अंतर के बराबर:। सभी समानांतर कंडक्टरों की चालकता (यानी, प्रतिरोध का व्युत्क्रम) सभी व्यक्तिगत कंडक्टरों की चालकता के योग के बराबर है: .

संपूर्ण परिपथ के लिए ओम का नियम: पूर्ण बंद सर्किट में बाहरी प्रतिरोध होता है आरऔर ईएमएफ के बराबर एक वर्तमान स्रोत , और आंतरिक प्रतिरोध . एक पूर्ण सर्किट में वर्तमान ताकत सीधे वर्तमान स्रोत के ईएमएफ के समानुपाती होती है और सर्किट की प्रतिबाधा के व्युत्क्रमानुपाती होती है:।

2.1. स्थिर बिजली.
वर्तमान ताकत. वर्तमान घनत्व

विद्युत धारा विद्युत आवेशों की एक निर्देशित गति है। यदि पदार्थ में मुक्त आवेश वाहक होते हैं - इलेक्ट्रॉन, आयन, जो काफी दूरी तक चलने में सक्षम होते हैं, तो एक विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में वे एक निर्देशित गति प्राप्त करते हैं, जो उनके थर्मल अराजक आंदोलन पर आरोपित होता है। परिणामस्वरूप, मुक्त आवेश वाहक एक निश्चित दिशा में बह जाते हैं।

विद्युत धारा की मात्रात्मक विशेषता समय की प्रति इकाई विचाराधीन सतह के माध्यम से स्थानांतरित आवेश का परिमाण है। इसे वर्तमान ताकत कहते हैं. यदि आवेश D को समय के साथ सतह पर स्थानांतरित किया जाता है क्यू, तो धारा इसके बराबर है:

इकाइयों की एसआई प्रणाली में धारा शक्ति की इकाई एम्पीयर (ए) है, . वह धारा जो समय के साथ नहीं बदलती, स्थिर धारा कहलाती है।

धारा के निर्माण में धनात्मक और ऋणात्मक दोनों वाहक भाग ले सकते हैं; विद्युत क्षेत्र उन्हें विपरीत दिशाओं में ले जाता है। धारा की दिशा आमतौर पर सकारात्मक वाहकों की गति की दिशा से निर्धारित होती है। वास्तव में, ज्यादातर मामलों में करंट इलेक्ट्रॉनों की गति से निर्मित होता है, जो नकारात्मक रूप से चार्ज होने के कारण, करंट की दिशा के विपरीत दिशा में चलता है। यदि धनात्मक और ऋणात्मक वाहक विद्युत क्षेत्र में एक साथ गति करते हैं, तो पूर्ण वर्तमानप्रत्येक चिह्न के वाहकों द्वारा गठित धाराओं के योग के रूप में परिभाषित किया गया है।

विद्युत धारा को मापने के लिए एक अन्य मान का भी उपयोग किया जाता है, जिसे धारा घनत्व कहते हैं। वर्तमान घनत्व मात्रा है चार्ज के बराबरआवेशों की गति की दिशा के लंबवत एक इकाई क्षेत्र से प्रति इकाई समय गुजारना। वर्तमान घनत्व एक सदिश राशि है.

चावल। 3.1

द्वारा निरूपित करें एनधारा वाहकों की सांद्रता, अर्थात् प्रति इकाई आयतन उनकी संख्या। आइए हम एक विद्युत धारा प्रवाहित चालक में एक असीम रूप से छोटा क्षेत्र D बनाएं एस, आवेशित कणों के वेग के लंबवत। आइए हम इस पर ऊंचाई वाला एक अनंत छोटा सीधा सिलेंडर बनाएं, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 3.1. इस सिलेंडर के अंदर घिरे सभी कण समय के साथ क्षेत्र से गुजरेंगे, गति की दिशा में इसके माध्यम से विद्युत आवेश स्थानांतरित करेंगे:

इस प्रकार, एक विद्युत आवेश को प्रति इकाई समय में एक इकाई क्षेत्र के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है। आइए हम वेग वेक्टर के साथ मेल खाने वाली दिशा वाले एक वेक्टर का परिचय दें। परिणामी वेक्टर विद्युत धारा घनत्व होगा। चूंकि वॉल्यूमेट्रिक चार्ज घनत्व है, वर्तमान घनत्व बराबर होगा। यदि धारा वाहक धनात्मक और ऋणात्मक दोनों आवेश हैं, तो धारा घनत्व सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

,

और कहां - थोक घनत्वधनात्मक और ऋणात्मक आवेश, और उनकी क्रमबद्ध गति के वेग हैं।

वेक्टर क्षेत्र को स्ट्रीमलाइनों का उपयोग करके चित्रित किया जा सकता है, जो तीव्रता वेक्टर की रेखाओं के समान ही निर्मित होते हैं, यानी, कंडक्टर के प्रत्येक बिंदु पर वर्तमान घनत्व वेक्टर को वर्तमान रेखा पर स्पर्शरेखा से निर्देशित किया जाता है।

वैद्युतवाहक बल

यदि कंडक्टर में एक विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है और इस क्षेत्र को बनाए नहीं रखा जाता है, तो वर्तमान वाहकों की गति के कारण कंडक्टर के अंदर का क्षेत्र गायब हो जाएगा, और करंट बंद हो जाएगा। सर्किट में करंट को पर्याप्त लंबे समय तक बनाए रखने के लिए, बंद रास्ते पर आवेशों की गति करना, यानी डीसी लाइनों को बंद करना आवश्यक है। इसलिए, एक बंद सर्किट में ऐसे खंड होने चाहिए जहां चार्ज वाहक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की ताकतों के खिलाफ चले जाएंगे, यानी कम क्षमता वाले बिंदुओं से उच्च क्षमता वाले बिंदुओं तक। यह केवल गैर-विद्युत बलों की उपस्थिति में ही संभव है, जिन्हें बाह्य बल कहा जाता है। कूलम्ब को छोड़कर बाहरी ताकतें किसी भी प्रकृति की ताकतें हैं।

सर्किट के किसी दिए गए खंड में एक इकाई आवेश को स्थानांतरित करने पर बाहरी बलों के कार्य के बराबर भौतिक मात्रा को इस खंड में कार्यरत इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) कहा जाता है:

इलेक्ट्रोमोटिव बल स्रोत की सबसे महत्वपूर्ण ऊर्जा विशेषता है। इलेक्ट्रोमोटिव बल को क्षमता की तरह वोल्ट में मापा जाता है।

किसी भी वास्तविक में विद्युत सर्किटआप हमेशा एक अनुभाग का चयन कर सकते हैं जो वर्तमान (वर्तमान स्रोत) को बनाए रखने का काम करता है, और बाकी को "लोड" के रूप में मान सकते हैं। बाहरी बल आवश्यक रूप से वर्तमान स्रोत में कार्य करते हैं, इसलिए, सामान्य स्थिति में, यह एक इलेक्ट्रोमोटिव बल और प्रतिरोध की विशेषता है आर,जिसे स्रोत का आंतरिक प्रतिरोध कहा जाता है। बाहरी ताकतें भी भार में कार्य कर सकती हैं, लेकिन सरलतम मामलों में वे अनुपस्थित हैं, और भार को केवल प्रतिरोध की विशेषता है।

सर्किट के प्रत्येक बिंदु पर चार्ज पर कार्य करने वाला परिणामी बल विद्युत और तृतीय-पक्ष बलों के योग के बराबर है:

परिपथ 1-2 के किसी भाग में आवेश पर इस बल द्वारा किया गया कार्य बराबर होगा:

धारा 1-2 के सिरों के बीच संभावित अंतर कहां है, इस खंड पर कार्यरत इलेक्ट्रोमोटिव बल क्या है।

एकल धनात्मक आवेश को स्थानांतरित करते समय विद्युत और बाह्य बलों द्वारा किए गए कार्य के संख्यात्मक रूप से बराबर मूल्य को सर्किट के दिए गए खंड में वोल्टेज ड्रॉप या बस वोल्टेज कहा जाता है। इस तरह, .

श्रृंखला का वह भाग जिस पर बाह्य बल कार्य नहीं करते, सजातीय कहलाता है। वह क्षेत्र जहाँ बाह्य बल धारा वाहकों पर कार्य करते हैं, अमानवीय कहलाता है। सर्किट के एक सजातीय खंड के लिए, यानी, वोल्टेज सर्किट खंड के सिरों पर संभावित अंतर के साथ मेल खाता है।

ओम कानून

ओम ने प्रयोगात्मक रूप से कानून स्थापित किया जिसके अनुसार एक सजातीय धातु कंडक्टर के माध्यम से बहने वाली धारा की ताकत कंडक्टर में वोल्टेज ड्रॉप के समानुपाती होती है:

कंडक्टर की लंबाई कहां है, क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र है, एक गुणांक है जो सामग्री के गुणों पर निर्भर करता है, जिसे विद्युत प्रतिरोधकता कहा जाता है। प्रतिरोधकता संख्यात्मक रूप से एक कंडक्टर की इकाई लंबाई के प्रतिरोध के बराबर होती है जिसका क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र इकाई के बराबर होता है।

चावल। 3.2

एक आइसोट्रोपिक कंडक्टर में, वर्तमान वाहकों की क्रमबद्ध गति विद्युत क्षेत्र शक्ति वेक्टर की दिशा में होती है। इसलिए, सदिशों की दिशाएँ और संपाती होती हैं। आइए कंडक्टर के एक ही बिंदु पर और के बीच संबंध खोजें। ऐसा करने के लिए, हम मानसिक रूप से एक निश्चित बिंदु के आसपास वैक्टर के समानांतर जनरेटर के साथ एक प्राथमिक बेलनाकार आयतन का चयन करते हैं और (चित्र 3.2)। सिलेंडर के क्रॉस सेक्शन से करंट प्रवाहित होता है। चूंकि चयनित वॉल्यूम के अंदर के क्षेत्र को एक समान माना जा सकता है, सिलेंडर पर लागू वोल्टेज बराबर होता है, जहां किसी दिए गए स्थान पर क्षेत्र की ताकत होती है। (3.2) के अनुसार सिलेंडर का प्रतिरोध है। इन मानों को सूत्र (3.1) में प्रतिस्थापित करने पर, हम संबंध पर पहुंचते हैं:

,

इस तथ्य का लाभ उठाते हुए कि सदिशों की दिशा एक ही है, हम लिख सकते हैं

आइए फॉर्म में (3.4) को फिर से लिखें

.

चावल। 3.3

यह सूत्र श्रृंखला के एक अमानवीय खंड के लिए ओम के नियम को व्यक्त करता है।

सबसे सरल बंद सर्किट पर विचार करें जिसमें वर्तमान स्रोत और प्रतिरोध वाला भार हो आर(चित्र 3.3)। हम लीड तारों के प्रतिरोध की उपेक्षा करते हैं। डालने पर, हम एक बंद सर्किट के लिए ओम के नियम की अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैं:

एक आदर्श वोल्टमीटर, जो एक कार्यशील धारा स्रोत के टर्मिनलों से जुड़ा होता है, वोल्टेज दिखाता है, जैसा कि सर्किट के एक सजातीय खंड के लिए ओम के नियम के अनुसार होता है - इस मामले में, लोड प्रतिरोध के लिए। एक बंद सर्किट के लिए इस अभिव्यक्ति से वर्तमान ताकत को ओम के नियम में प्रतिस्थापित करने पर, हमें मिलता है:

इससे पता चलता है कि वोल्टेज यूकिसी कार्यशील स्रोत के टर्मिनलों पर हमेशा उसके EMF से कम होता है। यह जितना करीब होगा, भार प्रतिरोध उतना ही अधिक होगा आर।की सीमा में, एक खुले स्रोत के टर्मिनलों पर वोल्टेज उसके ईएमएफ के बराबर होता है। विपरीत स्थिति में, जब आर=0, जो वर्तमान स्रोत के शॉर्ट सर्किट से मेल खाता है, यू=0, और शॉर्ट सर्किट करंट अधिकतम है: .

ओम का नियम आपको कोई भी गणना करने की अनुमति देता है जटिल श्रृंखला. एक शाखित सर्किट की विशेषता उसके अनुभागों से बहने वाली धाराओं की ताकत, अनुभागों के प्रतिरोध और इन अनुभागों में शामिल ईएमएफ से होती है। वर्तमान ताकत और ईएमएफ बीजगणितीय मात्राएं हैं, यानी, उन्हें सकारात्मक माना जाता है यदि इलेक्ट्रोमोटिव बल चुने हुए दिशा में सकारात्मक चार्ज के आंदोलन में योगदान देता है, और इस दिशा में वर्तमान प्रवाह होता है, और विपरीत स्थिति में नकारात्मक होता है। हालाँकि, शाखित श्रृंखलाओं की सीधी गणना कठिन हो सकती है। किरचॉफ द्वारा प्रस्तावित नियमों का उपयोग करके इस गणना को बहुत सरल बनाया गया है।

किरचॉफ नियम

जी. किरचॉफ (1824-1887) ने ओम के नियम का विस्तार से अध्ययन किया और विकसित किया सामान्य विधिईएमएफ के कई स्रोतों सहित विद्युत सर्किट में प्रत्यक्ष धाराओं की गणना। यह विधि दो नियमों पर आधारित है जिन्हें किरचॉफ के नियम कहा जाता है। किरचॉफ का पहला नियम नोड्स पर लागू होता है, यानी वे बिंदु जहां कम से कम तीन कंडक्टर मिलते हैं। चूँकि हम निरंतर धाराओं के मामले पर विचार कर रहे हैं, सर्किट में किसी भी बिंदु पर, किसी भी नोड पर, उपलब्ध चार्ज स्थिर रहना चाहिए, इसलिए नोड में प्रवाहित होने वाली धाराओं का योग बहिर्वाह धाराओं के योग के बराबर होना चाहिए। यदि हम नोड के पास आने वाली धाराओं को सकारात्मक और बाहर जाने वाली धाराओं को नकारात्मक मानने के लिए सहमत हैं, तो हम कह सकते हैं कि नोड में धाराओं की ताकत का बीजगणितीय योग शून्य के बराबर है:

यदि आप सहमत हैं तो आप समान अनुपात प्राप्त कर सकते हैं, एक निश्चित दिशा में सर्किट को बायपास करके, उदाहरण के लिए, दक्षिणावर्त, उन धाराओं को सकारात्मक मानें जिनकी दिशा बायपास की दिशा से मेल खाती है और नकारात्मक - जिनकी दिशा बायपास की दिशा के विपरीत है . हम उन ईएमएफ पर भी सकारात्मक विचार करेंगे जो सर्किट को बायपास करने की दिशा में क्षमता बढ़ाते हैं और नकारात्मक - वे जो बायपास करने की दिशा में क्षमता को कम करते हैं।

यह तर्क किसी भी बंद लूप पर लागू किया जा सकता है, इसलिए किरचॉफ का दूसरा नियम है सामान्य रूप से देखेंइस प्रकार लिखा जा सकता है:

,

कहाँ एनसर्किट में अनुभागों की संख्या है, और एम ईएमएफ स्रोतों की संख्या है। किरचॉफ का दूसरा नियम स्पष्ट परिस्थिति को व्यक्त करता है कि जब हम सर्किट के चारों ओर पूरी तरह से घूमते हैं, तो हम उसी क्षमता के साथ शुरुआती बिंदु पर लौटते हैं।

इस प्रकार, किसी भी बंद सर्किट में, मनमाने ढंग से चुने गए कंडक्टरों के शाखित सर्किट में, सर्किट के संबंधित वर्गों के प्रतिरोधों के माध्यम से बहने वाली धाराओं की ताकत के उत्पादों का बीजगणितीय योग ईएमएफ के बीजगणितीय योग के बराबर होता है। यह सर्किट.

बिजली

जब आवेशित कण किसी चालक में गति करते हैं, तो विद्युत आवेश एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित हो जाता है। हालाँकि, यदि आवेशित कण यादृच्छिक तापीय गति करते हैं, उदाहरण के लिए, किसी धातु में मुक्त इलेक्ट्रॉन, तो आवेश स्थानांतरण नहीं होता है। एक विद्युत आवेश चालक के क्रॉस सेक्शन के माध्यम से तभी चलता है, जब यादृच्छिक गति के साथ-साथ इलेक्ट्रॉन क्रमबद्ध गति में भाग लेते हैं। इस मामले में, हम कहते हैं कि कंडक्टर में विद्युत धारा स्थापित हो गई है।
विद्युत का झटकाआवेशित कणों की क्रमबद्ध (निर्देशित) गति कहलाती है।मुक्त इलेक्ट्रॉनों या आयनों की क्रमबद्ध गति से विद्युत धारा उत्पन्न होती है।
कंडक्टर के किसी भी अनुभाग के माध्यम से स्थानांतरित होने वाला कुल चार्ज शून्य है, क्योंकि विभिन्न संकेतों के चार्ज एक ही औसत गति से चलते हैं।
विद्युत धारा की एक निश्चित दिशा होती है। धनावेशित कणों की गति की दिशा को धारा की दिशा के रूप में लिया जाता है।. यदि धारा ऋणावेशित कणों की गति से बनती है तो धारा की दिशा कणों की गति की दिशा के विपरीत मानी जाती है।
हम किसी चालक में कणों की गति को सीधे नहीं देख पाते हैं। विद्युत धारा की उपस्थिति का संकेत इसके साथ होने वाली निम्नलिखित क्रियाओं या घटनाओं से होता है:
1. वह कंडक्टर जिसके माध्यम से करंट प्रवाहित होता है, गर्म होता है,
2. विद्युत धारा चालक की रासायनिक संरचना को बदल सकती है,
3. धारा का पड़ोसी धाराओं और चुंबकीय पिंडों पर बल प्रभाव पड़ता है।
यदि सर्किट में विद्युत धारा स्थापित है, तो इसका मतलब है कि कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन के माध्यम से विद्युत चार्ज लगातार स्थानांतरित हो रहा है। समय की प्रति इकाई हस्तांतरित चार्ज वर्तमान की मुख्य मात्रात्मक विशेषता के रूप में कार्य करता है, जिसे कहा जाता है वर्तमान ताकत. यदि समय में कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन के माध्यम से Δtप्रभार स्थानांतरित कर दिया गया है ∆q, तो धारा इसके बराबर है:

वर्तमान ताकत समय अंतराल Δt के दौरान कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन के माध्यम से इस समय अंतराल में स्थानांतरित चार्ज Δq के अनुपात के बराबर है। यदि धारा की शक्ति समय के साथ नहीं बदलती तो धारा को स्थिरांक कहा जाता है।
वर्तमान शक्ति एक अदिश राशि है। यह सकारात्मक और नकारात्मक दोनों हो सकता है. वर्तमान ताकत का संकेत इस बात पर निर्भर करता है कि कंडक्टर के साथ कौन सी दिशा सकारात्मक मानी जाती है। यदि धारा की दिशा कंडक्टर के साथ सशर्त रूप से चुनी गई सकारात्मक दिशा से मेल खाती है तो धारा शक्ति I > 0। अन्यथा मैं< 0.
धारा की तीव्रता इस पर निर्भर करती है:
1. प्रत्येक कण द्वारा वहन किया गया आवेश (q 0);
2. कणों की सांद्रता (एन);
3. कणों की निर्देशित गति का वेग (v);
4. कंडक्टर का क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र (एस)।

इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में वर्तमान ताकत एम्पीयर (ए) में व्यक्त की जाती है। एमीटर से धारा मापें।
प्रत्यक्ष विद्युत धारा के उद्भव और अस्तित्व के लिए शर्तें:
1. मुक्त आवेशित कणों की उपस्थिति;
2. बलों को आवेशित कणों पर एक निश्चित समयावधि में व्यवस्थित गति सुनिश्चित करने के लिए कार्य करना चाहिए।
कंडक्टर में प्रत्यक्ष प्रवाह प्रवाह मौजूद रहने के लिए, प्रदर्शन करना आवश्यक है निम्नलिखित शर्तें:
ए) कंडक्टर में विद्युत क्षेत्र की ताकत गैर-शून्य होनी चाहिए और समय के साथ नहीं बदलनी चाहिए;
बी) डीसी चालन सर्किट बंद होना चाहिए;
ग) मुफ्त विद्युत शुल्क पर, इसके अतिरिक्त कूलम्ब बल, गैर-इलेक्ट्रोस्टैटिक बल, जिन्हें बाहरी बल कहा जाता है, को कार्य करना चाहिए। तृतीय-पक्ष बलों को वर्तमान स्रोतों (गैल्वेनिक सेल, बैटरी,) द्वारा बनाया जा सकता है विद्युत जनरेटरऔर आदि।)।

सर्किट सेक्शन के लिए ओम का नियम

कंडक्टर में करंट की ताकत लागू वोल्टेज के सीधे आनुपातिक और कंडक्टर के प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होती है:

कंडक्टर प्रतिरोध आर- एक मान जो कंडक्टर में विद्युत प्रवाह की स्थापना के प्रतिरोध को दर्शाता है। प्रतिरोध को ओम (ओम) में मापा जाता है। यदि, 1 V के वोल्टेज पर, कंडक्टर में 1 A की धारा स्थापित की जाती है, तो ऐसे कंडक्टर का प्रतिरोध 1 ओम है।
किसी चालक का प्रतिरोध उसकी लंबाई l के सीधे आनुपातिक और उसके अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल S के व्युत्क्रमानुपाती होता है:

जहाँ आनुपातिकता के गुणांक ρ को प्रतिरोधकता कहा जाता है। प्रतिरोधकता पदार्थ के प्रकार और तापमान पर निर्भर करती है (बढ़ते तापमान के साथ, अधिकांश धातुओं की प्रतिरोधकता बढ़ जाती है), संख्यात्मक रूप से यह एक इकाई क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र के साथ इकाई लंबाई के कंडक्टर के प्रतिरोध के बराबर है।

वैद्युतवाहक बल

किसी आवेश को स्थानांतरित करने में बाहरी क्षेत्र के कार्य और इस आवेश के मान के अनुपात के बराबर भौतिक मात्रा कहलाती है वैद्युतवाहक बल:

इलेक्ट्रोमोटिव बल वोल्ट में व्यक्त किया जाता है।
तृतीय पक्षगैर-इलेक्ट्रोस्टैटिक मूल का क्षेत्र कहा जाता है, जिसका कार्य किसी भी बंद सर्किट में शून्य के बराबर नहीं होता है। ऐसा क्षेत्र, कूलम्ब क्षेत्र के साथ, वर्तमान स्रोतों में बनाया जाता है: बैटरी, गैल्वेनिक सेल, जनरेटर, आदि। यह बाहरी क्षेत्र है जो विद्युत सर्किट में ऊर्जा हानि की भरपाई करता है।

संपूर्ण परिपथ के लिए ओम का नियम

सर्किट के बाहरी प्रतिरोध आर के विपरीत स्रोत प्रतिरोध को अक्सर आंतरिक प्रतिरोध आर कहा जाता है। एक जनरेटर में, r वाइंडिंग्स का प्रतिरोध है, और in बिजली उत्पन्न करनेवाली सेल- इलेक्ट्रोलाइट समाधान और इलेक्ट्रोड का प्रतिरोध।
एक बंद सर्किट के लिए ओम का नियम सर्किट में वर्तमान ताकत, ईएमएफ और सर्किट के प्रतिबाधा आर+आर से संबंधित है।

सर्किट के एक खंड के वर्तमान और प्रतिरोध के उत्पाद को अक्सर उस खंड में वोल्टेज ड्रॉप के रूप में जाना जाता है। इस प्रकार, ईएमएफ एक बंद सर्किट के आंतरिक और बाहरी खंडों में वोल्टेज ड्रॉप के योग के बराबर है।
ओम कानूनएक बंद सर्किट के लिए प्रपत्र में लिखा है

एक पूर्ण सर्किट में वर्तमान ताकत सर्किट के ईएमएफ और उसके कुल प्रतिरोध के अनुपात के बराबर है।
धारा की तीव्रता तीन मात्राओं पर निर्भर करती है; ईएमएफ, सर्किट के बाहरी और आंतरिक खंडों के प्रतिरोध आर और आर। सर्किट का कुल ईएमएफ व्यक्तिगत तत्वों के ईएमएफ के बीजगणितीय योग के बराबर है।

कंडक्टरों की श्रृंखला और समानांतर कनेक्शन

कंडक्टरों का सीरियल कनेक्शन. पर सीरियल कनेक्शनविद्युत परिपथ की कोई शाखा नहीं है। सभी कंडक्टरों को एक के बाद एक सर्किट में शामिल किया जाता है।

वर्तमान ताकत	वोल्टेज	प्रतिरोध	वोल्टेज और प्रतिरोध के बीच संबंध

कंडक्टरों का समानांतर कनेक्शन

वर्तमान ताकत	वोल्टेज	प्रतिरोध	धारा और प्रतिरोध के बीच संबंध

विभिन्न उपभोक्ताओं को जोड़ने के लिए समानांतर कनेक्शन सबसे आम तरीका है। इस मामले में, एक डिवाइस की विफलता दूसरों के संचालन को प्रभावित नहीं करती है, जबकि श्रृंखला कनेक्शन में, एक डिवाइस की विफलता सर्किट को खोल देती है।

किरचॉफ नियम

1. तारों के प्रत्येक शाखा बिंदु पर, वर्तमान शक्तियों का बीजगणितीय योग शून्य है। शाखा बिंदु पर जाने वाली धाराएँ और उससे निकलने वाली धाराएँ अलग-अलग चिन्हों के मान मानी जानी चाहिए।

2.सर्किट के किसी भी बंद सर्किट में, अलग-अलग वर्गों में वर्तमान शक्तियों और उनके प्रतिरोध के उत्पादों का बीजगणितीय योग इस सर्किट में स्रोतों के ईएमएफ के बीजगणितीय योग के बराबर है।

1. धाराओं की दिशाएँ मनमाने ढंग से चुनी जाती हैं। यदि गणना के बाद I>0, तो दिशा सही ढंग से चुनी गई है, यदि I<0, то направление противоположно.
2. एक मनमाना बंद लूप एक दिशा में घुमाया जाता है। यदि यह दिशा तीर की दिशा से मेल खाती है, तो IR>0, यदि यह विपरीत है, तो IR<0. Если при обходе контура источник тока проходит от "-" к "+", то его ξ>0.
3. सभी ईएमएफ और सभी आर को समीकरणों की प्रणाली में शामिल किया जाना चाहिए।

कार्य एवं वर्तमान शक्ति

किसी विद्युत परिपथ के साथ आवेशों को स्थानांतरित करते समय कूलम्ब और तृतीय-पक्ष विद्युत बल कार्य A करते हैं। यदि विद्युत धारा स्थिर है, और सर्किट बनाने वाले कंडक्टर स्थिर हैं, तो ऊर्जा W, जो कंडक्टर के आयतन में समय t में अपरिवर्तनीय रूप से परिवर्तित होती है, सही कार्य के बराबर है:
डब्ल्यू = ए = आईयूΔटी,

जहां I वर्तमान ताकत है, U कंडक्टर में वोल्टेज ड्रॉप है।
वर्तमान कार्य एक सर्किट अनुभाग में वर्तमान ताकत, वोल्टेज और समय के उत्पाद के बराबर होता है जिसके दौरान काम किया गया था।
किसी चालक में धारा के साथ अपरिवर्तनीय ऊर्जा परिवर्तन नोड्स के साथ चालन इलेक्ट्रॉनों की परस्पर क्रिया के कारण होते हैं क्रिस्टल लैटिसधातु। जाली स्थलों पर स्थित धनात्मक आयनों के साथ इलेक्ट्रॉनों की टक्कर के परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉन आयनों में ऊर्जा स्थानांतरित करते हैं। इस ऊर्जा का उपयोग कंडक्टर को गर्म करने के लिए किया जाता है।
विद्युत धारा शक्तिइस समय अंतराल के लिए वर्तमान कार्य के अनुपात के बराबर है:

जहां ए वह कार्य है जो समय में करंट द्वारा किया जाता है - करंट की ताकत, यू सर्किट के इस खंड में वोल्टेज ड्रॉप है। विद्युत धारा शक्ति की इकाई वाट है, [पी] =.

ऊष्मा की मात्रा, जो समय के साथ कंडक्टर में खड़ा हो जाता है:

अंतिम सूत्र व्यक्त करता है जूल-लेन्ज़ कानून: कंडक्टर में करंट द्वारा जारी गर्मी की मात्रा सीधे करंट की ताकत, कंडक्टर के माध्यम से इसके पारित होने के समय और इसके पार वोल्टेज ड्रॉप के समानुपाती होती है।

अर्धचालकों में विद्युत धारा

अर्धचालकविद्युत चालकता के संदर्भ में, वे धातुओं और ढांकता हुआ के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं। अर्धचालकों में धारा इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की एक क्रमबद्ध गति है जो विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में होती है। धातुओं के विपरीत, बढ़ते तापमान के साथ अर्धचालकों का प्रतिरोध तेजी से घटता है।
स्वयं की चालकताअर्धचालक आमतौर पर छोटे होते हैं। अर्धचालकों में अशुद्धियों की उपस्थिति में, आंतरिक चालकता के साथ, एक अतिरिक्त अशुद्धता.
यदि किसी तत्व का उपयोग अशुद्धता के रूप में किया जाता है, जिसकी संयोजकता दिए गए अर्धचालक की संयोजकता से एक कम है ( स्वीकर्ता अशुद्धता), फिर पड़ोसी परमाणुओं के साथ सामान्य जोड़ी-इलेक्ट्रॉन बांड के गठन के लिए, अशुद्धता परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की कमी होती है: परिणामस्वरूप, छेद. ऐसे अर्धचालक कहलाते हैं पी-प्रकार अर्धचालक(उनमें मुख्य आवेश वाहक छिद्र हैं, छोटे इलेक्ट्रॉन हैं)। यदि अशुद्धता की संयोजकता अर्धचालक की संयोजकता से एक अधिक है ( दाता अशुद्धता), फिर अशुद्धता परमाणु में इलेक्ट्रॉनों में से एक, भाग नहीं ले रहा है रासायनिक बंध, आसानी से परमाणु को छोड़ देता है और मुक्त हो जाता है। यह एक अर्धचालक बनता है N- प्रकार(प्रमुख वाहक इलेक्ट्रॉन हैं, लघु वाहक छिद्र हैं)।
दो प्रकार के अर्धचालकों का संपर्क क्षेत्र कहलाता है पी-एन-जंक्शन. जब ऐसा संपर्क बनता है, तो इलेक्ट्रॉन एन-प्रकार अर्धचालक से पी-प्रकार अर्धचालक में फैलना शुरू हो जाते हैं, और छेद उनकी ओर फैलने लगते हैं। परिणामस्वरूप, एन-क्षेत्र सकारात्मक रूप से चार्ज होता है, और पी-क्षेत्र नकारात्मक रूप से चार्ज होता है, और एक विद्युत क्षेत्र प्रकट होता है, जो इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के प्रसार को रोकता है। यदि आप किसी विद्युत परिपथ में पी-एन जंक्शन के साथ एक अर्धचालक को पी-क्षेत्र को सकारात्मक ध्रुव से और एन-क्षेत्र को नकारात्मक ध्रुव से जोड़कर शामिल करते हैं (सीधा सम्बन्ध), संक्रमण प्रतिरोध नगण्य होगा। पर उलटा समावेशनपी-एन - संक्रमण व्यावहारिक रूप से करंट पास नहीं करता है। इस गुण का उपयोग सेमीकंडक्टर डायोड में किया जाता है।
सेमीकंडक्टर डायोड का उपयोग किया जाता है इलेक्ट्रॉनिक यन्त्रशास्त्रवैक्यूम दो-इलेक्ट्रोड लैंप के साथ विद्युत प्रवाह को सुधारने के लिए। इसके अलावा, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के उत्पादन में, लैंप का अब व्यावहारिक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है, क्योंकि सेमीकंडक्टर डायोड के कई फायदे हैं।
उदाहरण के लिए, दो-इलेक्ट्रोड लैंप के संचालन के लिए, कैथोड फिलामेंट को गर्म करने के लिए ऊर्जा के एक विशेष स्रोत की आवश्यकता होती है (अन्यथा, थर्मिओनिक उत्सर्जन नहीं होगा, और चार्ज वाहक - थर्मोइलेक्ट्रॉन - लैंप में दिखाई नहीं देंगे)। सेमीकंडक्टर डायोड को ऐसे शक्ति स्रोत की आवश्यकता नहीं होती है, और जब पर्याप्त रूप से बड़े और जटिल सर्किट में उपयोग किया जाता है, तो महत्वपूर्ण ऊर्जा बचत प्राप्त होती है। इसके अलावा, समान रेक्टिफाइड करंट के लिए, सेमीकंडक्टर डायोड वैक्यूम ट्यूब की तुलना में बहुत छोटे होते हैं।

इलेक्ट्रोलाइट्स में विद्युत धारा

प्रयोगों से पता चलता है कि तरल पदार्थ ढांकता हुआ, अर्धचालक या कंडक्टर हो सकते हैं। सबसे प्रसिद्ध ढांकता हुआ तरल पानी है। यह सत्यापित करना आसान है कि पानी एक ढांकता हुआ है यदि आप दो इलेक्ट्रोडों को एक वर्तमान स्रोत से जोड़कर पानी के जार में डालते हैं। ऐसे सर्किट में व्यावहारिक रूप से कोई करंट नहीं होगा।
यदि पानी को किसी प्रवाहकीय घोल से बदल दिया जाए तो स्थिति काफी भिन्न होगी। विद्युत चालकता वाले ऐसे विलयन कहलाते हैं इलेक्ट्रोलाइट्स. जब इलेक्ट्रोलाइट्स में एक विद्युत क्षेत्र बनता है, तो उनमें करंट उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप सकारात्मक आयन कैथोड की ओर और नकारात्मक आयन (और इलेक्ट्रॉन) एनोड की ओर बढ़ने लगते हैं।
ऐसे इलेक्ट्रोलाइट्स में आयनिक चालकता, जो एसिड, क्षार और लवण के समाधान हैं, को इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण द्वारा समझाया गया है। पृथक्करण- यह ध्रुवीय विलायक अणुओं के विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में अणुओं का आयनों में विघटन है। टकराव में विपरीत रूप से आवेशित आयन तटस्थ अणुओं में पुनः संयोजित हो सकते हैं - पुनः संयोजित। विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में, विलयन में एक गतिशील संतुलन स्थापित हो जाता है, जब पृथक्करण और पुनर्संयोजन की प्रक्रियाएँ एक दूसरे को संतुलित करती हैं।
जब करंट इलेक्ट्रोलाइट से होकर गुजरता है, तो इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया देखी जाती है - इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रोलाइट बनाने वाले पदार्थों की रिहाई।

गैसों में विद्युत धारा

धातुओं और इलेक्ट्रोलाइट्स के विपरीत, गैसें विद्युत रूप से तटस्थ परमाणुओं और अणुओं से बनी होती हैं सामान्य स्थितियाँइनमें मुक्त धारा वाहक (इलेक्ट्रॉन और आयन) नहीं होते हैं। सामान्य परिस्थितियों में गैसें परावैद्युत होती हैं। गैसों में विद्युत धारा के वाहक तभी उत्पन्न हो सकते हैं जब गैस आयनीकरण- उनके परमाणुओं या इलेक्ट्रॉनों के अणुओं से अलगाव। इस स्थिति में गैसों के परमाणु (अणु) धनात्मक आयन में बदल जाते हैं। नकारात्मक आयनगैसों में परमाणु (अणु) इलेक्ट्रॉनों को आपस में जोड़ने पर उत्पन्न हो सकते हैं।
गैसों में विद्युत धारा कहलाती है गैस निर्वहन. गैस डिस्चार्ज करने के लिए, आयनित गैस (डिस्चार्ज ट्यूब) वाली ट्यूब पर एक विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र लागू किया जाना चाहिए।

प्लाज्मा.

वह पदार्थ जिसमें तटस्थ परमाणुओं, मुक्त इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक आयनों का मिश्रण होता है, प्लाज्मा कहलाता है। प्लाज्मा अपेक्षाकृत कम-वर्तमान विद्युत निर्वहन से उत्पन्न होता है (उदाहरण के लिए, ट्यूबों में " दिन का प्रकाश") तटस्थ कणों की तुलना में आवेशित कणों की बहुत कम सांद्रता की विशेषता है ( ). आमतौर पर इसे निम्न-तापमान कहा जाता है, क्योंकि परमाणुओं और आयनों का तापमान कमरे के तापमान के करीब होता है। बहुत हल्के इलेक्ट्रॉनों की औसत ऊर्जा बहुत अधिक हो जाती है। वह। कम तापमान वाला प्लाज्मा अनिवार्य रूप से एक गैर-संतुलन, खुला माध्यम है। जैसा कि उल्लेख किया गया है, ऐसे मीडिया में स्व-संगठन प्रक्रियाएँ संभव हैं। अच्छा प्रसिद्ध उदाहरणगैस लेजर के प्लाज्मा में अत्यधिक क्रमबद्ध सुसंगत विकिरण की उत्पत्ति है।
प्लाज्मा थर्मोडायनामिक संतुलन में भी हो सकता है। इसके अस्तित्व के लिए यह आवश्यक है गर्मी(जिस पर तापीय गति की ऊर्जा आयनीकरण ऊर्जा के बराबर होती है)। ऐसे तापमान सूर्य की सतह पर मौजूद होते हैं, जो बहुत शक्तिशाली विद्युत निर्वहन (बिजली) के दौरान, परमाणु विस्फोटों के दौरान हो सकते हैं। ऐसे प्लाज्मा को गर्म कहा जाता है।

जूल-लेन्ज़ कानून

किसी विद्युत परिपथ में, जब विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो ऊर्जा परिवर्तनों की एक श्रृंखला घटित होती है। में बाहरी भागश्रृंखला में, चार्ज को स्थानांतरित करने का कार्य एक स्थिर विद्युत क्षेत्र की ताकतों द्वारा किया जाता है और इस क्षेत्र की ऊर्जा को अन्य रूपों में परिवर्तित किया जाता है: यांत्रिक, थर्मल, रासायनिक, विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा में। इस तरह, पूरा कामसर्किट के बाहरी भाग में करंट

ए 0=Wmeh+अहिम+wizl+क्यू.

यदि, सर्किट के अनुभाग पर, विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, नहीं यांत्रिक कार्यऔर रासायनिक परिवर्तन नहीं होते हैं, तो विद्युत प्रवाह का कार्य केवल कंडक्टर को गर्म करने की ओर ले जाता है।

इस मामले में, जारी गर्मी की मात्रा धारा द्वारा किए गए कार्य के बराबर है।

ऊष्मा की मात्रा क्यू, करंट द्वारा उत्सर्जित मैंदौरान टीप्रतिरोध के साथ सर्किट के अनुभाग में आर, बराबर है क्यू=मैं 2आर टी.

यह सूत्र व्यक्त करता है जूल-लेन्ज़ कानूनइंस्टॉल किया अनुभव 19 वीं सदी में दो वैज्ञानिक (अंग्रेज़ी - जे. जूल और रूसी ई. एक्स. लेन्ज़)।

जब विद्युत धारा किसी चालक से होकर गुजरती है, तो चालक में निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा धारा के वर्ग, चालक के प्रतिरोध और धारा प्रवाहित होने में लगने वाले समय के सीधे आनुपातिक होती है।.

कई विद्युत हीटरों की क्रिया जूल लेन्ज़ नियम पर आधारित होती है। ये हैं आयरन, इलेक्ट्रिक स्टोव, इलेक्ट्रिक केतली, बॉयलर, सोल्डरिंग आयरन, इलेक्ट्रिक फायरप्लेस आदि।

किसी भी इलेक्ट्रिक हीटर का मुख्य भाग होता है एक ताप तत्व (उच्च प्रतिरोधकता वाला एक कंडक्टर गर्मी प्रतिरोधी सामग्री की एक प्लेट पर घाव होता है: अभ्रक, चीनी मिट्टी की चीज़ें)।

जूल-लेनज़ कानून का उपरोक्त सूत्र तब लागू करना सुविधाजनक होता है जब प्रतिरोधक श्रृंखला में जुड़े होते हैं, क्योंकि श्रृंखला से जुड़े सर्किट के सभी वर्गों में वर्तमान ताकत समान होती है। यदि दो प्रतिरोधक श्रृंखला में जुड़े हुए हैं आर 1 और आर 2, फिर क्यू 1=मैं 2आर 1टी, क्यू 2=मैं 2आर 2टी, कहाँ क्यू 1क्यू 2=आर 1आर 2, यानी श्रृंखला से जुड़े सर्किट के अनुभागों में धारा द्वारा उत्पन्न ऊष्मा की मात्रा इन अनुभागों के प्रतिरोधों के समानुपाती होती है.

ओम के नियम के अनुसार, डीसी सर्किट के एक सजातीय खंड के लिए मैं=उर. तब क्यू=यू 2आर टी .

प्रतिरोधों को समानांतर में जोड़ते समय इस सूत्र का उपयोग करना सुविधाजनक होता है, क्योंकि ऐसे सर्किट की प्रत्येक शाखा पर वोल्टेज समान होता है। यदि दो प्रतिरोधक समानांतर में जुड़े हुए हैं आर 1 और आर 2, फिर क्यू 1=यू 2आर 1टी , क्यू 2=यू 2आर 2टी, कहाँ

क्यू 1क्यू 2=आर 2आर 1,

वे। समानांतर-जुड़े सर्किट की शाखाओं में करंट द्वारा उत्पन्न गर्मी की मात्रा इन शाखाओं में शामिल प्रतिरोधों के व्युत्क्रमानुपाती होती है.

विषय 4. प्रत्यक्ष विद्युत धारा

अध्ययन प्रश्न:

1. प्रत्यक्ष विद्युत धारा के नियम.

2. एक साधारण विद्युत परिपथ.

परिचय

इलेक्ट्रोस्टैटिक्स विद्युतीकृत निकायों (आवेशों) की परस्पर क्रिया का अध्ययन करता है जो नहीं हैं

एक दूसरे के सापेक्ष गतिमान होना।लेकिन प्रकृति में, और विशेष रूप से इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में,

घटनाएँ सबसे अधिक बार जुड़ी होती हैं चल शुल्क, वह है, विद्युत

स्की धाराएँ. एक घटना के रूप में विद्युत प्रवाह का अध्ययन और इसे बनाने (उत्पन्न) करने के तरीकों की खोज वह कारक थी जिसने विद्युत ऊर्जा उद्योग, इलेक्ट्रॉनिक्स, इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के विकास को सुनिश्चित किया और इस तरह कई आधुनिक प्रौद्योगिकियों के विकास में योगदान दिया।

विद्युत ऊर्जा प्राप्त करने और संचारित करने के आधुनिक तरीके 19वीं शताब्दी में खोजे गए कई कानूनों पर आधारित हैं। विद्युत धारा से जुड़ी घटनाओं और प्रक्रियाओं का अध्ययन विद्युत के सिद्धांत के अनुभाग में किया जाता है, जिसे कहा जाता है इलेक्ट्रोडायनामिक्स।आज तक, इन कानूनों के अनुप्रयोग ने कई तकनीकी विज्ञानों का निर्माण किया है, जो उनकी जटिलता में इलेक्ट्रोडायनामिक्स से काफी अधिक हैं।

यह व्याख्यान मुख्य नियमितताओं पर चर्चा करता है अराल तरीकाकरंट - प्रत्यक्ष विद्युत धारा, साथ ही धातु के कंडक्टरों में करंट के लिए इसके नियम और कंडक्टरों की एक सरल प्रणाली, जिसे विद्युत सर्किट कहा जाता है।

1 . प्रत्यक्ष विद्युत धारा के नियम

1.1 बिजली. चालन धारा

1. विद्युत धारा की घटना पाई जाती है सरल अनुभव. यदि दो विपरीत रूप से आवेशित पिंड (उदाहरण के लिए, संधारित्र प्लेट) एक धातु के तार से जुड़े होते हैं (चित्र 1.1.1), तो तार के तापमान में अल्पकालिक वृद्धि का पता लगाया जा सकता है, एक पर्याप्त संधारित्र के साथ इसके पिघलने तक। शुल्क। इसका कारण यह है कि आवेशित पिंडों में अलग-अलग क्षमताएं और एक सामान्य विद्युत क्षेत्र होता है, और जब वे एक तार से जुड़े होते हैं, तो क्षेत्र कार्य करता है और

एक तार के सहारे आवेशों को एक पिंड से दूसरे पिंड तक ले जाना। स्थानांतरित ("प्रवाहित") आवेशों ने एक-दूसरे को मुआवजा दिया, प्लेटों का संभावित अंतर शून्य हो गया, और गतिमान आवेशों की प्रक्रिया बंद हो गई। आवेशों की यह गति विद्युत धारा है। विचाराधीन मामले में, वर्तमान था लघु अवधि. व्यवहार में, अल्पकालिक और दीर्घकालिक दोनों धाराओं का उपयोग किया जाता है।

परिभाषा । विद्युत धारा को विद्युत आवेशों की क्रमबद्ध गति कहा जाता है - सूक्ष्म और स्थूल विद्युतीकृत पिंड।

ज्ञात तीन किस्मेंविद्युत प्रवाह:

1) स्थूल धाराएँप्रकृति में, वायुमंडल में बादलों की गड़गड़ाहट के कारण या आंतरिक रूप से मैग्मा का प्रवाह होता है

री ग्लोब, बिजली के विद्युत निर्वहन; 2) चालन धाराएँबात में; आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन और io हैं-

3) निर्वात में धाराएँ, अर्थात्, अंतरिक्ष के उन क्षेत्रों में जहाँ पदार्थ अनुपस्थित है या बहुत कम सांद्रता है (उदाहरण के लिए, कैथोड किरण ट्यूबों में इलेक्ट्रॉन धाराएँ, प्राथमिक कणकॉस्मिक किरणों और त्वरक में)।

विद्युत धाराओं का पता बाहरी पिंडों पर उनके प्रभाव से लगाया जाता है। ये प्रभाव हैं:

1) थर्मल - धाराएं उन पिंडों को गर्म करती हैं जिनसे वे गुजरती हैं;

2) यांत्रिक - धाराएँ चुंबकीय सुई या अन्य धाराओं को विक्षेपित करती हैं;

3) रासायनिक - धाराएँ पदार्थों (इलेक्ट्रोलाइट्स) के घोल में इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया प्रदान करती हैं;

4) जैविक - धाराएँ मांसपेशियों में संकुचन शुरू करती हैं और जैविक वस्तुओं के महत्वपूर्ण कार्यों को प्रभावित करती हैं।

2. सबसे अधिक व्यावहारिक महत्व के हैं चालन धाराएँ.

परिभाषा । चालन धारा निकायों में एक विद्युत धारा है।

चालन धारा के अस्तित्व के लिए, (1) पिंड के बिंदुओं के बीच संभावित अंतर और (2) पिंडों में विद्युत आवेश के मुक्त वाहक का होना आवश्यक है।

वे निकाय जिनमें चालन धारा का अस्तित्व संभव हो, कहलाते हैं विद्युत चालक . वे ठोस रूप में होने चाहिए या तरल अवस्था. कंडक्टरों में धातु और इलेक्ट्रोलाइट्स - नमक समाधान शामिल हैं। धातुओं में, विद्युत आवेश के मुक्त वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं, और इलेक्ट्रोलाइट्स में

– आयन (धनायन और ऋणायन)।

बाहरी विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में, चालकों के अंदर आवेश वाहक भी गति करते हैं, लेकिन यह गति तापीय अर्थात् अराजक होती है। कंडक्टरों में मौजूद माइक्रोकरंट एक दूसरे की क्षतिपूर्ति करते हैं। एक बाहरी विद्युत क्षेत्र सभी आवेशों को प्रदान करता है दिशात्मक गति घटक, जो अराजकता पर आरोपित है।

परिभाषा । विद्युत धारा वाले किसी चालक में आवेश वाहकों की क्रमबद्ध गति को आवेश वाहकों का बहाव वेग कहा जाता है

वी डॉ.

परिभाषा । वे रेखाएँ जिनके अनुदिश किसी चालक में आवेश वाहकों की क्रमबद्ध गति होती है, स्ट्रीमलाइन कहलाती हैं।

बहाव वेग वैक्टर को संबंधित स्ट्रीमलाइन पर स्पर्शरेखीय रूप से निर्देशित किया जाता है।

नियम: धनात्मक आवेश वाहकों के बहाव वेग की दिशा (q0 0 .

इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र द्वारा, सकारात्मक चार्ज पूर्ण मूल्य में अधिक क्षमता वाले बिंदुओं से कम क्षमता वाले बिंदुओं की ओर बढ़ते हैं।

धातु कंडक्टरों में, धारा की दिशा इलेक्ट्रॉनों - वास्तविक आवेश वाहक - की गति की वास्तविक दिशा के विपरीत होती है।

3. विद्युत धारा का वर्णन करने के लिए उपयोग की जाने वाली मुख्य मात्रात्मक मात्राएँ धारा शक्ति और धारा घनत्व हैं।

हम कंडक्टर के अंदर कुछ बिंदु N का चयन करते हैं और इसके माध्यम से बहाव वेग वेक्टर v DR और संबंधित स्ट्रीमलाइन खींचते हैं (चित्र 1.1.2)। फिर हम एक प्रारंभिक (असीम रूप से छोटा) क्षेत्र dS का निर्माण करते हैं, जो t से होकर गुजरता है।

वेक्टर v DR : dS v DR के लिए गोलाकार।

चालक में धारा की उपस्थिति में, एक आवेश dq समय dt में क्षेत्र dS से होकर गुजरता है। यह तो स्पष्ट है

डी क्यूडी टीडी क्यू = आईडी टी।

परिभाषा। किसी दिए गए बिंदु के आसपास वर्तमान ताकत एन कंडक्टर को कहा जाता है

प्रारंभिक क्षेत्र से गुजरने वाले विद्युत आवेश के बराबर एक अदिश भौतिक मात्रा d समय की प्रति इकाई एस:

मैं = डीक्यू/डीटी।

यदि चालक में आवेश वाहकों की सांद्रता n है, और प्रत्येक वाहक पर आवेश q 0 है,

तब यह दिखाना आसान है कि dq =q 0 n v DS dS dt । फिर चित्र 1.1.2 कंडक्टर के बिंदु एन पर वर्तमान घनत्व और वर्तमान ताकत

भावों द्वारा वर्णित हैं:

जे =क्यू 0 एन वी डीआर ,जे =क्यू 0 एन वी डीआर ;

I = jd S = q0 nv DR d S.

वर्तमान ताकत को मापने के लिए मूल इकाई "एम्पीयर" है: \u003d 1 ए, और वर्तमान घनत्व - "एम्पीयर द्वारा विभाजित" वर्ग मीटर": = 1ए/एम 2।

अनुमान से पता चलता है कि तांबे के कंडक्टर में वर्तमान I = 1A पर, जिसके लिए वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की मात्रा एकाग्रता n 1028 m-3 है, उनका बहाव वेग v DR 10-2 m/s है। यह गति कंडक्टर के आयतन में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की अराजक गति की औसत गति (v СР 106 m/s) से बहुत कम है।

4. व्यवहार में, धातु के कंडक्टरों का बहुत व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। निरंतर सामान्य क्रॉस सेक्शन:S=आइडेम. उनके लिए, स्ट्रीमलाइन समानांतर और वेक्टर हैं

आरवाई वर्तमान घनत्वकिसी भी सामान्य खंड के सभी बिंदुओं पर एक ही समय में-

समय बिंदु समान हैं, अर्थात, वे समानांतर हैं, एक दिशा में निर्देशित हैं और निरपेक्ष मान में बराबर हैं: जे एस, जे = = स्थिरांक। निरंतर क्रॉस सेक्शन के कंडक्टरों में वर्तमान ताकत सभी n प्राथमिक क्षेत्रों dS i के माध्यम से वर्तमान ताकत का योग है, जिसमें किसी भी सामान्य खंड S को विभाजित किया जा सकता है:

5. परिभाषा. विद्युत धारा को स्थिरांक कहा जाता है यदि धारा

समय के साथ नहीं बदलता.

वर्तमान ताकत की परिभाषा से, यह निम्नानुसार है कि कंडक्टर के दिए गए अनुभाग एस के माध्यम से समान अवधि के लिए निरंतर धारा टी समान मात्रा में गुजरती है

चार्ज q :

आईपोस्ट = स्थिरांक डी क्यू = आईडी टी क्यू = आईडी टी = आईपोस्ट डी टी = आईपोस्ट टी आईपोस्ट = क्यू/ टी।

एक ही वर्तमान ताकत (I 1 \u003d I 2) पर विभिन्न क्रॉस-सेक्शन एस 1 और एस 2 के दो कंडक्टरों के लिए, वर्तमान घनत्व मॉड्यूल, कंडक्टरों के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्रों के विपरीत आनुपातिक (जे \u003d आई / एस) ) निम्नलिखित अभिव्यक्ति के अनुसार संबंधित हैं:

जे1 / जे2 = एस2 / एस1 .

1.2 किसी चालक में धारा के लिए ओम का नियम

1. किसी चालक में विद्युत धारा तब मौजूद होती है जब चालक के सिरों पर विद्युत क्षेत्र (इलेक्ट्रोस्टैटिक वोल्टेज) में संभावित अंतर होता है। प्रयोगात्मक रूप से, वर्तमान शक्ति और वोल्टेज के बीच संबंध जर्मन भौतिक विज्ञानी जी. ओम द्वारा स्थापित किया गया था

किसी चालक में धारा के लिए ओम का नियम: एक सजातीय चालक में धारा की ताकत उसके सिरों पर इलेक्ट्रोस्टैटिक वोल्टेज के सीधे आनुपातिक होती है -

आनुपातिकता का गुणांक (ग्रीक "लैम्ब्डा") कहा जाता है इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी(इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी) कंडक्टर.

लेकिन आमतौर पर, विद्युत चालकता के बजाय, व्युत्क्रमानुपाती

इसका मूल्य -कंडक्टर का विद्युत प्रतिरोध आर 1/ .

इस मामले में, कंडक्टर के लिए ओम का नियम इस प्रकार है:

मैं = यू/आर.

विद्युत प्रतिरोध की माप की मूल इकाई "ओम" है: [ आर ] = 1 वी/ए = 1 ओम - यह कंडक्टर का प्रतिरोध है, जिसमें 1 वी के संभावित अंतर पर 1ए प्रत्यक्ष धारा प्रवाहित होती है .

2. यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है कि विद्युत प्रतिरोध (1) पर निर्भर करता है रासायनिक संरचनाकंडक्टर, (2) उनका आकार और आकार, और (3) उनका तापमान।

स्थिर क्रॉस सेक्शन के एक सजातीय कंडक्टर का प्रतिरोध इसकी लंबाई के सीधे आनुपातिक और इसके क्षेत्रफल के व्युत्क्रमानुपाती होता हैसामान्य क्रॉस सेक्शन:

आर = एल/एस.

इस अभिव्यक्ति में आनुपातिकता का गुणांक है शारीरिक विशेषतावह पदार्थ जिससे चालक बनता है, कहलाता है विशिष्ट विद्युत

उस पदार्थ का रासायनिक प्रतिरोध जिससे कंडक्टर बना है।

प्रतिरोधकता की इकाई "ओम बार" है

मीटर ": = 1 ओम मीटर। चांदी की प्रतिरोधकता सबसे कम होती है

(= 1.6 10-8 ओम मीटर) और तांबा (= 1.7 10-8 ओम मीटर)।

3. तापमान पर कंडक्टर प्रतिरोध की निर्भरता प्रतिरोधकता की तापमान निर्भरता के कारण होती है। तापमान पर सामान्य से बहुत अलग नहीं, पहले सन्निकटन में इस निर्भरता का निम्नलिखित रूप है:

0 (1 +टी) =0 टी ,आर =आर 0 (1 +टी) =आर 0 टी ;

यहां और 0 ,आर और आर 0 – प्रतिरोधकताऔर तापमान पर कंडक्टर प्रतिरोध, क्रमशः, t और 0C (T और 273.15K)। आनुपातिकता का गुणांक (1/273)K -1 सभी धातु कंडक्टरों के लिए लगभग समान है:

(1/273) K -1 - और इसे प्रतिरोध का तापमान गुणांक कहा जाता है।

बढ़ते तापमान के साथ विद्युत प्रतिरोध में वृद्धि मुख्य विशेषता है, जिसके अनुसार, सभी प्रवाहकीय पदार्थों से, कंडक्टरों का समूह. पदार्थों के अन्य समूहों में बढ़ते तापमान के साथ प्रतिरोध में कमी की विशेषता होती है; वे मेक अप कर रहे हैं अर्धचालक समूहजाना-

बिजली मिस्त्री

4. विद्युत और रेडियो सर्किट में, कंडक्टरों के प्रतिरोध के कुछ विशिष्ट मूल्यों का होना अक्सर आवश्यक होता है। इन्हें प्रतिरोधक कहे जाने वाले मानकीकृत कंडक्टरों का चयन करके स्थापित किया जाता है। प्रतिरोधों को सिस्टम में संयोजित किया जाता है। रोकनेवाला प्रणाली के प्रतिरोध की गणना (के बराबर)

सिस्टम प्रतिरोध) निर्भरता पर आधारित है, जो इसके अधीन है

टिवलेनिया दो सरल प्रणालियाँ-समानांतर और क्रमिक श्रृंखला-

zistors.

योजना समानांतर श्रृंखलाप्रतिरोध R 1, R 2, R 3, .., R n वाले प्रतिरोधों को चित्र 1.2.1a में दिखाया गया है: पहले, प्रत्येक रोकनेवाला के दो टर्मिनलों में से एक जुड़ा हुआ है और पहला नोड A बनाता है, और फिर दूसरा निष्कर्ष दूसरे नोड बी में जुड़े हुए हैं। नोड पर

ly A और B वोल्टेज U लगाया जाता है, सभी प्रतिरोधों के लिए समान:

यू 1 = यू 2 = यू 3 = ... = यू एन = यू।

स्रोत के धनात्मक ध्रुव से I बल की एक धारा नोड A की ओर प्रवाहित होती है। यहां इसे धाराओं I 1, I 2, I 3,.., I n में विभाजित किया गया है, जो नोड B पर समान धारा में जुड़ जाएगी प्रारंभिक ताकत I. अर्थात्, वर्तमान शक्ति I सभी प्रतिरोधों में वर्तमान शक्तियों के योग के बराबर है:

दूसरी ओर, ओम के नियम के अनुसार, I = U/R PAR, जहां R PAR प्रतिरोधों की समानांतर श्रृंखला का समतुल्य प्रतिरोध है। अंतिम भावों के सही भागों को बराबर करना

Zhenii, हमें गणना के लिए एक सूत्र प्राप्त होता हैआरपीएआर: प्रतिरोधों की एक समानांतर स्ट्रिंग के समतुल्य प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती मान उनके प्रतिरोधों के व्युत्क्रमानुपाती मानों के योग के बराबर होता है:

5. योजना सिलसिलेवार शृंखलाआर 1, आर 2, आर 3, .., आर एन प्रतिरोध वाले प्रतिरोधकों को चित्र 1.2.1 बी में दिखाया गया है: प्रतिरोधक ट्रेन कारों की तरह अपने टर्मिनलों से जुड़े हुए हैं।

यदि चरम प्रतिरोधों आर 1 और आर एन के मुक्त टर्मिनलों पर वोल्टेज लागू किया जाता है, तो

la करंट सभी प्रतिरोधों में समान होगा:

मैं 1 = मैं 2 = मैं 3 = ... = मैं एन = मैं,

और ओम के नियम के अनुसार प्रत्येक प्रतिरोधक पर वोल्टेज, उसके अपने प्रतिरोध पर निर्भर करता है:

उई = आई री = आईआरआई।

जाहिर है, श्रृंखला के सिरों पर वोल्टेज यू प्रत्येक प्रतिरोधक पर वोल्टेज के योग के बराबर है:

दूसरी ओर, यू = आईआर लास्ट, जहां आर लास्ट विचारित सर्किट का समतुल्य प्रतिरोध है। अंतिम भावों के सही भागों को बराबर करने पर, हमें वह समतुल्य प्राप्त होता है

प्रतिरोधों की एक श्रृंखला श्रृंखला का टेप प्रतिरोध उनके प्रतिरोधों के योग के बराबर है:

आर अंतिम= आर मैं . मैं 0

प्राप्त अनुपात R PAR और R LATCH का उपयोग करके, प्रतिरोधकों की किसी भी प्रणाली के प्रतिरोध की गणना करना संभव है, धीरे-धीरे इसमें धारावाहिक और / या समानांतर श्रृंखलाओं को उजागर करना।

1.3 किसी चालक में धारा के लिए जूल-लेन्ज़ नियम

1. चालक में विद्युत धारा, चालक के साथ धनात्मक आवेश को स्थानांतरित करने के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र द्वारा किए गए कार्य के कारण मौजूद होती है:

एआर = क्यू (1 - 2) = क्यू यू।

प्रत्यक्ष धारा q = I t पर। फिर, विचार करते हुए किसी चालक में धारा के लिए ओम का नियम, हम इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र के कार्य को वर्तमान मापदंडों के संदर्भ में व्यक्त कर सकते हैं:

एआर = आई2 आर टी = (यू2/आर) टी = आईयू टी

2. जे.पी. जूल और, उनसे स्वतंत्र रूप से, रूसी भौतिक विज्ञानी ई.के.एच. लेन्ज़ (1804-1865) में

1841-42 प्रयोगात्मक रूप से स्थापित: यदि किसी स्थिर वस्तु से विद्युत धारा प्रवाहित की जाती है

धातु कंडक्टर, तो एकमात्र देखा गया प्रभाव कंडक्टर का हीटिंग है, यानी आसपास के स्थान में गर्मी क्यू की रिहाई।

इस मामले में, ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम के आधार पर

क्यूआर = एआर = आई2 आर टी।

यह समानता एक कंडक्टर के लिए जूल-लेनज़ कानून की मात्रात्मक अभिव्यक्ति है: जारी ऊष्मा की मात्रामेँ कोई कंडक्टर जब प्रो-

जब इसके माध्यम से प्रत्यक्ष धारा प्रवाहित की जाती है, तो यह धारा शक्ति के वर्ग और कंडक्टर के विद्युत प्रतिरोध और धारा प्रवाहित होने के समय के गुणनफल के बराबर होती है।

ओम के नियम का उपयोग करने से आप जूल-लेनज़ के नियम की अभिव्यक्ति को संशोधित कर सकते हैं:

क्यूआर = आई2 आर टी = (यू2/आर) टी = आईयू टी।

यह स्पष्ट है कि यदि कोई विद्युत धारा प्रवाहित करने वाला चालक की क्रिया के तहत गति करता है चुंबकीय क्षेत्र(इलेक्ट्रिक मोटर) या रासायनिक प्रक्रियाएं (इलेक्ट्रोलिसिस) इसमें होती हैं, तो करंट का काम जारी गर्मी की मात्रा से अधिक हो जाएगा।

गर्मी रिलीज की तीव्रता वर्तमान की शक्ति - भौतिक द्वारा विशेषता है

समय की प्रति इकाई धारा के कार्य के बराबर मान के साथ:

एन ए / टी = आई 2 आर = यू2 / आर = आईयू।

3. ऊष्मा की रिहाई को इस तथ्य से समझाया जाता है कि आवेश वाहक कंडक्टर के क्रिस्टल जाली के साथ बातचीत करते हैं और अपनी क्रमबद्ध गति की ऊर्जा को इसमें स्थानांतरित करते हैं।

धारा के ऊष्मीय प्रभाव को प्रौद्योगिकी में व्यापक अनुप्रयोग मिला है, जिसकी शुरुआत 1873 में आविष्कार के साथ हुई थी। रूसी इंजीनियर ए.एन. लॉडगिन (1847-1923) लाइट बल्बगरमागरम। इलेक्ट्रिक मफल भट्टियां, इलेक्ट्रिक आर्क और धातुओं के प्रतिरोध वेल्डिंग के लिए उपकरण, घरेलू इलेक्ट्रिक हीटर और बहुत कुछ की क्रिया इस घटना पर आधारित है।

2. सरल विद्युत परिपथ

2.1 प्रत्यक्ष धारा स्रोत। वर्तमान स्रोत का इलेक्ट्रोमोटिव बल

1. यदि केवल इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र का बल कंडक्टर (प्रतिरोधक) में आवेश वाहकों पर कार्य करता है (जैसा कि चित्र 1.1.1 में दिखाए गए प्रयोग में है), तो वाहक उच्च क्षमता वाले कंडक्टर के बिंदुओं से बिंदुओं की ओर बढ़ते हैं कम क्षमता के साथ. इससे कंडक्टर के सभी बिंदुओं पर क्षमताएं बराबर हो जाती हैं और, तदनुसार, वर्तमान गायब हो जाता है।

मुख्य प्रायोगिक उपयोगइसमें निरंतर धाराएँ होती हैं, जिनमें प्रत्यक्ष धाराएँ भी शामिल हैं। अस्तित्व के लिए एकदिश धाराऐसे उपकरणों की आवश्यकता है जो कंडक्टर के सिरों पर निर्माण और रखरखाव करने में सक्षम हों निरंतर संभावित अंतर. टा

कौन से उपकरण कहलाते हैं प्रत्यक्ष वर्तमान स्रोत.वर्तमान स्रोतों में, प्रो-

स्रोत के ध्रुवों पर सकारात्मक और नकारात्मक आवेशों का निरंतर स्थानिक पृथक्करण होता है , जो उनमें संभावित अंतर प्रदान करता है।

वर्तमान स्रोत के ध्रुवों तक (चित्र 2.1.1)।

यह महत्वपूर्ण है कि, कंडक्टर में करंट के विपरीत, अंदरूनी स्रोतवर्तमान (जैसे

धनात्मक आवेश) निर्देशित है नकारात्मक सेध्रुव सकारात्मक है

नोमु . इस दिशा को कहा जाता हैस्रोत में धारा की प्राकृतिक दिशा।

यह भौतिक रूप से वर्तमान स्रोत में प्रक्रियाओं के सार को सही ढंग से दर्शाता है और उस नियम से मेल खाता है जो स्रोत के ध्रुवों से जुड़े अवरोधक में वर्तमान की दिशा निर्धारित करता है।

वर्तमान स्रोत की भूमिका एक पंप की भूमिका के समान है, जो पाइप के माध्यम से तरल पंप करने के लिए आवश्यक है। हाइड्रोलिक प्रणाली. औपचारिक रूप से कहें तो, वर्तमान स्रोत सकारात्मक चार्ज को उसके नकारात्मक ध्रुव से सकारात्मक ध्रुव की ओर "पंप" करता है।

2. बाहरी ताकतें स्रोत के अंदर विद्युत आवेशों के पृथक्करण और संचलन और उसके ध्रुवों के बीच एक विद्युत क्षेत्र के निर्माण पर कार्य A STOP करती हैं।

परिभाषा । वर्तमान स्रोत का इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) एक भौतिक मात्रा है जो सकारात्मक चार्ज की एक इकाई के उत्पादन में स्रोत में किए गए बाहरी बलों के कार्य के बराबर है:

ई ए स्टोर / क्यू + .

वर्तमान स्रोत की ईएमएफ और विद्युत क्षेत्र की क्षमता की परिभाषाओं की समानता बताती है कि ईएमएफ की माप की मुख्य इकाई भी "वोल्ट" है:

[ ई ] = 1 जे/सी = 1 वी।

3. सभी वर्तमान स्रोतों का आधार विद्युत प्रवाहकीय पदार्थ हैं। इसलिए, स्रोतों में एक विद्युत प्रतिरोध होता है, जिसे कहा जाता है आंतरिक प्रतिरोधऔर इसे आर अक्षर से दर्शाया जाता है। आंतरिक प्रतिरोध स्रोत को ऑपरेटिंग मोड में गर्म करने में प्रकट होता है, अर्थात, जब कोई अवरोधक वर्तमान स्रोत से जुड़ा होता है। वर्तमान स्रोतों में जारी ऊष्मा की मात्रा जूल-लेन्ज़ नियम का पालन करती है:

Qr = I2 r t.

तापमान के साथ आंतरिक प्रतिरोध बढ़ता है।

2.2 विद्युत परिपथ का अनुभाग. सरल बंद सर्किट

1. बनाने के लिए विद्युत धाराएँप्रतिरोधकों और धारा स्रोतों का एक साथ उपयोग किया जाना चाहिए।

परिभाषा । सरल विद्युत परिपथ सिस्टम कहलाते हैं, राज्य-

प्रतिरोधकों, धारा स्रोतों और श्रृंखला में जुड़ी कुंजियों (स्विच) से।

परिभाषा । एक साधारण श्रृंखला का अनुभागएक साधारण विद्युत परिपथ का एक भाग कहलाता है, जिसमें एक या दूसरी संख्या में प्रतिरोधक और/या धारा स्रोत होते हैं।

परिभाषा । एक साधारण श्रृंखला का सजातीय खंड युक्त क्षेत्र कहलाता है

केवल प्रतिरोधों को खींचना।

किसी सर्किट के सजातीय खंड का एक उदाहरण प्रतिरोधों की एक श्रृंखला है (चित्र 1.2.1 बी)। प्रतिरोधों से युक्त सर्किट के एक सजातीय खंड में प्रत्यक्ष धारा की घटना को कंडक्टर में धारा के लिए ओम और जूल-लेन्ज़ कानूनों द्वारा वर्णित किया गया है।

2. परिभाषा. श्रृंखला का अमानवीय खंडश्रृंखला से जुड़े प्रतिरोधकों और वर्तमान स्रोतों वाले अनुभाग को कहा जाता है।

परिभाषा । एक साधारण सर्किट के एक अमानवीय खंड में वर्तमान स्रोतों के प्रतिरोधों आर और आंतरिक प्रतिरोधों आर के योग को कहा जाता है कुल प्रतिरोध

श्रृंखला के एक अमानवीय खंड के गठन से।

क्षेत्र में कोव करंट।

परिभाषा । सर्किट के अमानवीय खंड पर विद्युत वोल्टेज ए-

बी अनुभाग में शामिल वर्तमान स्रोतों के बाहरी विद्युत वोल्टेज और ईएमएफ (संकेतों को ध्यान में रखते हुए योग) के बीजगणितीय योग के बराबर मूल्य है:

यू एबी (ए-बी) + ई एबी = यू + ई एबी;

यहां ई एबी \u003d ई 1 + ई 2 + ... अनुभाग में वर्तमान स्रोतों के ईएमएफ का बीजगणितीय योग (संकेतों को ध्यान में रखते हुए योग) है।

टिप्पणी। यह देखा जा सकता है कि सर्किट के एक सजातीय खंड के लिए, वोल्टेज समान रूप से बराबर है इलेक्ट्रोस्टैटिक वोल्टेजवर्तमान प्रवेश और निकास बिंदुओं के बीच:

(यू एबी) एक (ए - बी) एक = यू।

EMF E i अभिव्यक्ति में E AB हैं बीजगणितीय मात्राएँ: ई का मान i

यदि "+" चिन्ह के साथ लिया जाता हैसर्किट अनुभाग में वर्तमान IAB की दिशा i-वें स्रोत में सकारात्मक आवेशों की गति की प्राकृतिक दिशा से मेल खाती है (चित्र 2.2.1 E 1 0 में); यदि धारा IAB की दिशा स्रोत में धनात्मक आवेशों की गति की प्राकृतिक दिशा के विपरीत है, तो E i का मान लिया जाता है

चिह्न "-" (चित्र 2.2.1ई 2 0 में)। इस प्रकार,

ई एबी = ई 1ई 2 ... .

3. यदि एक अमानवीय खंड के कंडक्टर चेन ए-बीगतिहीन हैं, तो ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम के अनुसार, क्षेत्र में कार्य करने वाले इलेक्ट्रोस्टैटिक और बाहरी बलों का कार्य अवरोधक और वर्तमान स्रोतों में जारी गर्मी के बराबर है:

ए एबी = क्यू एबी।

एक सर्किट अनुभाग पर विचार करें जिसमें आंतरिक प्रतिरोध आर के साथ केवल एक वर्तमान स्रोत है (इस मामले में, ई एबी \u003d ई 1)। यह तो स्पष्ट है

ए एबी = ए आर + ए आर + ए स्टोर,

जहां (ए आर + ए आर) \u003d क्यू + (ए -बी) - काम इलेक्ट्रोस्टैटिक बलधनात्मक आवेश q + को स्थानांतरित करते समय।

EMF की परिभाषा से यह पता चलता है कि A STOR = q + E AB। तब

ए एबी = क्यू + (ए - बी) + क्यू + ई एबी = क्यू + (ए - बी) + ई एबी = क्यू + यू एबी।

दूसरी ओर, ऊष्मा की मात्रा Q AB = Q R + Q r और जूल-लेन्ज़ नियम के अनुसार

और विद्युत धारा की परिभाषा (I t = q + )

QAB = I2 R t+ I2 r t= I(R+ r)(I t) = I(R+ r) q+।

A AB और Q AB के लिए अंतिम अभिव्यक्ति के सही भागों को बराबर करने से अभिव्यक्ति मिलती है

एक अमानवीय श्रृंखला अनुभाग के लिए सामान्यीकृत ओम का नियम:

विद्युत परिपथ के एक अमानवीय खंड में धारा की ताकत सीधे आनुपातिक होती है विद्युत वोल्टेजखंड के सिरों पर और खंड के कुल प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होता है -

आई = (ए-बी) + ई एबी / (आर + आर) = यू एबी / (आर + आर)।

अत: यह उसका अनुसरण करता है

यू एबी = आई (आर + आर) = आईआर + आईआर यू आर + यू आर,

जहां यू आर आईआर और यू आर आईआर प्रतिरोधी और आंतरिक पर इलेक्ट्रोस्टैटिक वोल्टेज हैं

श्रृंखला खंड प्रतिरोध। वह हैसर्किट के अमानवीय खंड के सिरों पर विद्युत वोल्टेज प्रतिरोधी पर इलेक्ट्रोस्टैटिक वोल्टेज और वर्तमान स्रोत के आंतरिक प्रतिरोध के योग के बराबर है:

यू आर + यू आर = (ए - बी) + ई एबी।

टिप्पणी। समतुल्य प्रतिरोध आर के साथ सर्किट के एक सजातीय खंड (ई एबी \u003d 0, आर \u003d 0, यू आर \u003d 0) के लिए, सामान्यीकृत ओम का नियम कंडक्टर में वर्तमान के लिए ओम के नियम में बदल जाता है:

यू=यूआर=आईआर.

टिप्पणी। सामान्यीकृत ओम का नियम न केवल प्रत्यक्ष धारा (यू = स्थिरांक) के लिए लागू होता है, बल्कि समय के साथ धारा में किसी भी बदलाव के लिए भी लागू होता है। इस मामले में, श्रृंखला खंड में अन्य शामिल हो सकते हैं विद्युत तत्व: (1) प्लेटों पर वोल्टेज यू सी = क्यू/सी वाले कैपेसिटर और (2) सोलनॉइड जो विद्युत चुम्बकीय प्रेरण ईएमएफ ई आई = -एलडीआई / डीटी बनाते हैं। फिर सामान्यीकृत ओम के नियम के समीकरण के बाएँ और दाएँ भागों में क्रमशः U C और E i की मात्राओं को ध्यान में रखा जाना चाहिए:

यू आर + यू आर + यू सी = (ए - बी) + ई एबी + ई आई]।

यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि अक्षर A सर्किट अनुभाग के अंत को दर्शाता है जहां से धारा (q 0) अनुभाग में प्रवाहित होती है।

4. सामान्यीकृत ओम का नियम वर्तमान स्रोत के ईएमएफ को मापने की एक विधि को इंगित करता है। यदि अमानवीय खंड (I = 0) में कोई धारा नहीं है, तो इससे यह निष्कर्ष निकलता है

ई एबी = - (ए-बी) = (बी-ए),

अर्थात्, एक अमानवीय सर्किट में अभिनय करने वाला ईएमएफ उस मोड में सर्किट के सिरों पर इलेक्ट्रोस्टैटिक संभावित अंतर के बराबर होता है जब वे अन्य वर्गों के माध्यम से बंद नहीं होते हैं।

यह माप स्रोत के ध्रुवों को वोल्टमीटर के टर्मिनलों से जोड़कर महसूस किया जाता है।

2.3 सरल बंद सर्किट

1. परिभाषा. सरल बंद सर्किटएक श्रृंखला कहलाती है, जो कुंजी K को एक साधारण श्रृंखला के एक खंड के सिरों से जोड़कर (बंद करके) प्राप्त की जाती है (चित्र 2.3.1)।

एक साधारण बंद परिपथ में प्रतिरोध R को कहा जाता है बाहरी प्रतिरोध

खाओ।

कंडक्टर में करंट के लिए ओम के नियम का उपयोग करके, आप यह निर्धारित कर सकते हैं कि ईएमएफ ई का कौन सा अंश बाहरी प्रतिरोध आर पर वोल्टेज यू आर है:

आई = यू आर / आर यू आर = आई आर = ई आर / (आर + आर) = ई / (1 + (आर / आर )) = ई (1 - (आर / आर )), आर आर के साथ।

यह देखा जा सकता है कि सर्किट का बाहरी प्रतिरोध जितना अधिक होगा, यू आर का मान ई के मान के उतना करीब होगा।

यदि सर्किट का बाहरी प्रतिरोध आंतरिक से बहुत कम है

(आर आर ), फिर श्रृंखला चलेगी मौजूदा शार्ट सर्किट :

मैं कोर \u003d ई / आर।

शॉर्ट सर्किट मोड वर्तमान स्रोतों के लिए बेहद खतरनाक है। उनका आंतरिक प्रतिरोधइसका मान 1Ω (r 1Ω) के करीब है। इसलिए, कम ईएमएफ पर भी शॉर्ट-सर्किट धाराएं दसियों एम्पीयर तक पहुंच सकती हैं। इस मामले में जारी जूल गर्मी, वर्तमान ताकत के वर्ग के आनुपातिक (क्यू आई 2), स्रोत को अक्षम कर सकती है।

2. धातुओं में विद्युत धारा। धातुओं में विद्युत आवेश वाहकों की प्रकृति का प्रायोगिक प्रमाण। धातुओं में चालन के शास्त्रीय इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत के मूल सिद्धांत।

धातुओं में आवेश वाहकों की इलेक्ट्रॉनिक प्रकृति का विचार, जो ड्रूड और लोरेंत्ज़ के सिद्धांत में निर्धारित किया गया था, कई शास्त्रीय प्रयोगात्मक प्रमाणों पर आधारित है।

इन प्रयोगों में से पहला रिक्के (1901) का अनुभव है, जिसमें वर्ष ई. के दौरान। सावधानीपूर्वक पॉलिश किए गए सिरों के साथ श्रृंखला में जुड़े समान त्रिज्या के तीन धातु सिलेंडरों (Cu, Al, Cu) के माध्यम से करंट प्रवाहित किया गया था। इस तथ्य के बावजूद कि सिलेंडरों से गुजरने वाला कुल चार्ज एक विशाल मूल्य (लगभग 3.5 * C) तक पहुंच गया, सबसे बाहरी धातुओं के द्रव्यमान में कोई बदलाव नहीं पाया गया। यह इस धारणा का प्रमाण था कि चार्ज स्थानांतरण में अत्यंत छोटे द्रव्यमान के कण शामिल होते हैं।

आवेश वाहकों के छोटे द्रव्यमान के बावजूद, उनमें जड़ता का गुण होता है, जिसका उपयोग मंडेलस्टैम और पापलेक्सी के प्रयोगों में किया गया था, और फिर स्टीवर्ट और टॉलमैन के प्रयोगों में किया गया था, जिन्होंने कुंडल को बहुत बड़ी संख्या में घुमावों के साथ घुमाया था। गति (300 मीटर/सेकेंड के क्रम में), और फिर अचानक ब्रेक लगा दी। जड़ता के कारण आवेशों के विस्थापन के परिणामस्वरूप, इसने एक धारा नाड़ी बनाई, और कंडक्टर के आयाम और प्रतिरोध और प्रयोग में दर्ज की गई धारा के परिमाण को जानकर, आवेश के अनुपात की गणना करना संभव हो गया। कण का द्रव्यमान, जो एक इलेक्ट्रॉन के लिए प्राप्त मूल्य (1.7*C/किग्रा) के बहुत करीब निकला।

धातुओं में चालन के शास्त्रीय इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत के मूल सिद्धांत

धातुओं में मुक्त इलेक्ट्रॉनों के अस्तित्व को इस तथ्य से समझाया जाता है कि धातु के क्रिस्टल जाली के निर्माण के दौरान (पृथक परमाणुओं के दृष्टिकोण के परिणामस्वरूप), वैलेंस इलेक्ट्रॉन, अपेक्षाकृत कमजोर रूप से परमाणु नाभिक से बंधे होते हैं, धातु परमाणुओं से अलग हो जाते हैं , "मुक्त" हो जाते हैं और आयतन के माध्यम से आगे बढ़ सकते हैं। सकारात्मक धातु आयन क्रिस्टल जाली के नोड्स पर स्थित होते हैं, और मुक्त इलेक्ट्रॉन उनके बीच यादृच्छिक रूप से चलते हैं, एक प्रकार की इलेक्ट्रॉन गैस बनाते हैं, इलेक्ट्रॉनों का औसत मुक्त पथ लगभग m होता है ( जाली नोड्स के बीच की दूरी)। चालन इलेक्ट्रॉन जाली आयनों से टकराते हैं, उनमें ऊर्जा स्थानांतरित करते हैं, परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉन गैस और जाली के बीच एक थर्मोडायनामिक संतुलन स्थापित होता है। ड्रूड-लोरेंत्ज़ सिद्धांत के अनुसार, इलेक्ट्रॉनों में समान होता है एक आदर्श मोनोआटोमिक गैस के अणुओं के रूप में तापीय गति की ऊर्जा और पर कमरे का तापमानइलेक्ट्रॉनों का थर्मल वेग परिमाण / एस के क्रम में होगा, सभी इलेक्ट्रॉनों को स्वतंत्र माना जाता है और मैक्रोस्कोपिक घटना (उदाहरण के लिए, वर्तमान) को समझाने के लिए सभी इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार को निर्धारित करने के लिए एक इलेक्ट्रॉन के व्यवहार को जानना पर्याप्त है। इसलिए, ऐसे सिद्धांत को "एकल-इलेक्ट्रॉन सन्निकटन" कहा जाता है और, इसके सरलीकरण के बावजूद, यह कुछ संतोषजनक परिणाम देता है।

इलेक्ट्रॉनों की थर्मल अराजक गति से करंट की उपस्थिति नहीं हो सकती। जब एक विद्युत क्षेत्र को एक धातु कंडक्टर पर लागू किया जाता है, तो सभी इलेक्ट्रॉन एक निर्देशित गति प्राप्त करते हैं, जिसके वेग का अनुमान वर्तमान घनत्व से लगाया जा सकता है; यहां तक ​​कि बहुत उच्च घनत्व (10 -10 ए / एम के क्रम में) पर भी, गति आदेशित गति का लगभग m/s है। इसलिए, गणना में, इलेक्ट्रॉन के परिणामी वेग (थर्मल + ऑर्डर) को थर्मल गति के वेग से प्रतिस्थापित किया जा सकता है।

सवाल उठता है कि लंबी दूरी पर विद्युत संकेतों के तात्कालिक संचरण के तथ्य को कैसे समझाया जाए? तथ्य यह है कि विद्युत संकेत उन इलेक्ट्रॉनों द्वारा नहीं ले जाया जाता है जो शुरुआत में हैं पारेषण रेखाएँ, और विद्युत क्षेत्र, जिसकी गति लगभग 3 * m/s है, श्रृंखला के सभी इलेक्ट्रॉनों को लगभग तुरंत गति में शामिल करता है। इसलिए, सर्किट बंद होने के साथ ही विद्युत प्रवाह लगभग तुरंत उत्पन्न हो जाता है