Yoritkichning qarshiligi va quvvatini aniqlash

Laboratoriya ishi -1


YORITKICHNING QARSHILIGI VA QUVVATINI ANIQLASH


Ishning maqsadi: o‘tkazgichlardagi tok kuchi va kuchlanish orqali elektr tokining quvvatini hamda o‘tkazgich qarshiligining haroratga bog‘liqligini o‘rganish.
Kerakli asboblar: ikkita cho‘g‘lanma lampochka, ampermetr, voltmetr, reostat, kuchlanishi 220 V bo‘lgan o‘zgaruvchan tok manbai.
Ishni bajarish uchun asos
1. Nazariy qism va qurilmaning tuzilishi bo‘yicha qisqa, ishni bajarish tartibi va jadval to‘liq bo‘yica to‘liq konspekt.
2. Ishni bajarish tartibini bilish.
Ishni himoya qilish uchun asos
1. Xalqaro birliklar sistemasi (XBS) da amalga oshirilgan hisob-kitob va rasmiylashtirilgan hisobot.
2. Sinov savollariga javob berish.
NAZARIY QISM
Elektr zaryadlarining ma'lum bir yo‘nalishdagi tartibli harakatiga elektr toki deb ataladi. Metallarda vujudga keladigan elektr tokining tabiati bilan tanishib chiqaylik. Metallar kristall panjaraviy tuzilishga ega bo‘lib, kristall panjara tugunlarida musbat zaryadli ionlar joylashgan. Bu musbat zaryadli ionlar o‘z valent elektronini yuqotgan atomlardir. Valent elektronlar esa o‘z atomi bilan zaif bog‘langanligi sababli, nisbatan “past” xona haroratidan past haroratlarda ham atomdan ajralgan holda bo‘luvchi “erkin” elektronlardir. Ular metall ichidagi fazoda ixtiyoriy yo‘nalishda tartibsiz harakat qiladilar. 2.1 a-rasmda ionlar holati va erkin elektronlar harakati ma'lum darajada soddalashtirilgan tarzda tasvirlangan. Shuni ta'kidlash lozimki, har bir atomdan bittadan valent elektron ajralsa, birlik hajmda (1 cm3 da) erkin elektronlar soni 10221023 taga teng bo‘ladi.
O‘tkazgich, ya'ni metallni bir jinsli elektr maydoniga kiritaylik. Elektr maydoni ta'sirida elektronlar ma'lum yo‘nalishda tartibli harakat qila boshlaydilar. Buning natijasida metall ichida elektr toki vujudga keladi. Albatta, elektronlar bunda o‘zlarining dastlabki tartibsiz harakatlarini ham saqlab qoladilar. Odatda, elektr tokining yo‘nalishi sifatida musbat ishorali zaryadlarning tartibli yo‘nalishi qabul qilinadi.
Elektr tokining miqdoriy o‘lchovi sifatida tok kuchi ishlatiladi. Tok kuchi skalyar fizik kattalik bo‘lib, o‘tkazgichning ko‘ndalang kesim yuzasidan vaqt birligi ichida oqib o‘tgan elektr zaryadi qiymatiga son jihatdan tengdir:


I=dq/dt. (1.1)
Xalqaro birliklar sistemasi (XBS) da tok kuchi birligi Amper (1 A) deb qabul qilingan. Shuni alohida ta'kidlash lozimki, Amper fizikaning “Elektr” qismida asosiy fizik kattalik hisoblanadi. Elektr zaryad birligi – Kulon Amper orqali quyidagicha aniqlanadi:
1 C=1 A.1 s
Agar vaqt o‘tishi bilan tok kuchining qiymati hamda yo‘nalishi o‘zgarmay qolsa, bunday tok o‘zgarmas tok deyiladi. o‘zgarmas tok uchun (1.1) ifoda quyidagi ko‘rinishda yoziladi:


I=q/t, (1.2)
bu yerda q –o‘tkazgichning ko‘ndalang kesimidan t vaqt davomida o‘tgan zaryad miqdori.
Shu o‘rinda yana bir fizik kattalik – tok zichligi bilan tanishib o‘taylik. o‘tkazgichning ko‘ndalang kesim yuzasidan o‘tuvchi tok kuchi bilan aniqlanuvchi fizik kattalikka tok zichligi deyiladi. Bunda ko‘ndalang kesim tok yo‘nalishiga perpendikulyar bo‘lishi lozim. Bundan tok zichligining vektor tabiatga ega ekanligi kelib chiqadi. Tok zichligi vektorining yo‘nalishi musbat zaryadlar harakati yo‘nalishiga mos keladi. Tok zichligi quyidagi formula bilan aniqlanadi:
j=I/S. (1.3)
Kuchlanish qo‘yilgan bir jinsli o‘tkazgichning ko‘ndalang kesimidan dt vaqt davomida q zaryad o‘tayotgan bo‘lsin. Zaryadning ko‘chishida bajarilgan ish quyidagiga teng bo‘ladi


dA=Uq=IUdt. (1.4)
Agar o‘tkazgichning qarshiligi R ga teng bo‘lsa, Om qonuniga ko‘ra


dA=I2Rdt=(U2/R)dt


P=dA/dt=UI=I2R=U2/R. (1.5)
(1.4) va (1.5) ifodalar yordamida tokning quvvatini topish mumkin.
Agar tok kuchi amperlarda, kuchlanish voltlarda, qarshilik esa omlarda o‘lchansa, tokning ishi joulda, tokning quvvati esa vattlarda o‘lchanadi. Elektr toki qo‘zg‘almas metall o‘tkazgichdan o‘tayotgan bo‘lsa, bajarilgan ishning hammasi o‘tkazgichni isitishga sarflanadi. Energiyaning saqlanish qonuniga asosan


dQ=dA.
Shunday qilib, ajralayotgan issiqlik miqdori uchun


dQ=UIdt=I2Rdt=(U2/R)dt (1.6)
ifoda Joul-Lens qonunini ifodalovchi tenglamadir.
O‘tkazgichdan tok o‘tayotganda issiqlik ajralishi sababini klassik nazariyaga ko‘ra sodda qilib shunday tushuntirish mumkin. Tartibli harakat qiluvchi elektronlar o‘z tartibli tezliklarini ionlar bilan to‘qnashishi natijasida yo‘qotishlari yuqorida aytib o‘tilgan. Tartibli tezlikni yo‘qotish mexanik energiyani yo‘qotish bilan ekvivalent ekanligini eslasak, ionlarga muttasil energiya berilib turilar ekan, degan xulosaga kelish mumkin. Bu energiya issiqlik energiyasi tarzida metallardan ajralib turishi Joul-Lens qonunini sifatiy izohlashga imkon beradi.
Bir jinsli bo‘lmagan zanjir deganda biz zanjirda yoki uning bir qismida ham elektr yurituvchi kuchlar, ham potensiallar ayirmasi qo‘yilgan holni ko‘zda tutamiz. Agar tok o‘tayotgan o‘tkazgich qo‘zg‘almas bo‘lsa, barcha (tashqi, hamda elektrostatik) kuchlarning bajargan ishi issiqlikka ajraladi. Bu ishning miqdori


A12=q12+q(1–2) (1.7)
ifoda yordamida aniqlanadi. o‘z navbatida bu ish ajralib chiqayotgan issiqlik miqdoriga teng, ya'ni


dQ=I2Rdt=IR(Idt)=Irq. (1.8)

(1.7) va (1.8) formulalardan

IR=(φ1–φ2)+ɛ12
ifodani olish mumkin yoki


I=(( φ1–φ2)+ɛ12 )R. (1.9)
(1.9) ifoda bir jinsli bo‘lmagan zanjirning bir qismi uchun Om qonuni deyiladi.
Agar zanjir berk bo‘lsa, u holda 1 va 2 nuqtalar ustma-ust tushadi, demak 1=2 va (1.9) ifoda quyidagicha yoziladi:


I=ɛ/R.
Har qanday berk zanjirni ikki qismga: tashqi R qarshilikli U1 kuchlanish tushuvchi qismga va ichki r qarshilikli, U2 kuchlanish tushuvchi qismga ajratish mumkin. Bu yerda r – ichki qarshilik deyilib, u tok manbaining ichida sodir bo‘luvchi jarayonlar bilan bog‘liqdir. Om qonuniga asosan


U1=I R, U2=I r.
U1 va U2 larning yig‘indisi tok manbaining EYK iga teng:
ɛ=U1+U2 yoki ɛ=IR+Ir

Bundan

I=ɛ/(R+r). (1.10)
(1.10) tenglik berk zanjir uchun Om qonunining ifodasidir
Ushbu laboratoriya ishida cho‘g‘lanma lampochkalarning qarshiligi, quvvati va lampochka ichidagi sim tolasining tok o‘tayotgan paytdagi harorati aniqlanadi. 1.2-rasmda tajribaning elektr sxemasi tasvirlangan. Bu yerda R – potensiometr bo‘lib, uning yordamida voltmetr (V) dagi kuchlanish va ampermetr (A) orqali o‘tayotgan tok kuchi qiymati o‘zgartirilib turiladi


L1 va L2 cho‘g‘lanma lampochkalar, K1, K2 va K3 – kalitlar. Kalitlar yordamida lampochkalarni elektr zanjiriga alohida-alohida, ketma-ket va parallel ulash mumkin.
Ishni bajarishda har bir lampochkani alohida, ketma-ket va parallel ulashdagi V voltmetrning, shuningdek A ampermetrning ko‘rsatishlari yozib boriladi.
Lampochkaning cho‘g‘lanish haroratini aniqlash uchun, qarshilikning absolyut haroratga bog‘liqlik formulasidan foydalanamiz:


Rt=RoαT.
(1.11) formulani o‘tkazgich haroratining ikki xil qiymati uchun yozib,
Rt1=RoαT1 va Rx=RoαTx (1.12)
formulalarni olamiz. Ularning o‘zaro nisbatini olsak, lampochkaning cho‘g‘lanish haroratini aniqlaydigan formulaga ega bo‘lamiz:


T1=Rt , (1.13)
bu yerda Tx – xona harorati, T1 – lampochkaning cho‘g‘lanish harorati,  –qarshilikning harorat koeffitsienti, Rx va Rt1 lar Tx va T1 haroratlarga mos keluvchi lampochka tolasining qarshiliklari, Ro – lampochka tolasining t=0α C haroratdagi qarshiligi.