Токтың жұмысы мен қуаты. Егер өткізгіште электр өрісін тудырып, бірақ оны сақтап тұру үшін ешқандай шара қолданбаса

Егер өткізгіште электр өрісін тудырып, бірақ оны сақтап тұру үшін ешқандай шара қолданбаса, онда ток тасушыларының тасымалдануы тез арада өткізгіштің ұштарындығы потенциалдардың теңестірілуіне әкеледі де ток жоғалады. Токты мейлінше ұзақ уақыт ұстап тұру үшін, ток тасушы зарядтарды (оң зарядты тасушылар үшін) өткізгіштің потенциалы аз ұшынан үздіксіз

әкетіп, потенциалы жоғары ұшына оларды үздіксіз жеткізіп отыру қажет. Электрлостатикалық өріс күштері зарядтардың мұндай орын ауыстыруын жүзеге асыра алмайды. Бұл үшін бөгде күштердің көмегі қажет.

Бөгде күштерді олардың зарядтарды тізбек бойымен орын ауыстыруында атқаратын жұмысы арқылы сипаттауға болады. Бірлік оң зарядтың орын ауыстыруында істелінетін бөгде күштердің жұмысына тең шаманы тізбектегі немесе оның бөлігіндегі әсер ететін  электр қозғаушы күш (э.қ.к.) деп атайды

.

 = A q 0

r

Э.қ.к.-ң өлшем бірлігі – вольт (В). q 0 зарядына әсер ететін Fб күшін мына

түрде жазуға болады:

= *

r r

Fб E q 0,

r

мұндағы

E * - бөгде күштер өрісінің кернеулігі. Тізбектің 1-2 бөлігіндегі бөгде

күштердің q 0

зарядына істелінетін жұмысы:

 

2 r r r r

*

A 12

= ò Fб dl = q 0 ò E dl.

1 1

2 r r

Сонда тізбектің 1-2 бөлігіндегі әсер етуші э.қ.к:

 

Тұйықталған тізбекте әсер етуші э.қ.к:

 12

= ò E * dl

=ò *

r

 E dl,

 

яғни, тұйықталған тізбекте әсер етуші э.қ.к.-ті бөгде күштер кернеулігі

векторының циркуляциясы деп анықтауға болады. нүктесінде әсер ететін қорытқы күш мынаған тең:

q 0 зарядына тізбектің әр

r r r r r

F = Fе + Fб = q 0 (E + E),

*

r

мұндағы

Fе - электрлостатикалық өрістің күштері.

Тізбектің 1-2 бөлігіндегі қорытқы күштің зарядқа істелінетін жұмысы мына өрнектің көмегімен анықталады:

2 r r

ò

òr * r

0 (1

2) 0

 

12.

A 12

= q 0 Edl

+ q 0 E dl = q

1

 - 

+ q 

Сан жағынан бірлік оң зарядтың орын ауыстырғандағы электростатикалық және бөгде күштердің атқаратын жұмысына тең шаманы тізбектің қарастырылып отырған бөлігіндегі U кернеуі деп атайды:

U 12

=  1-  2

+  12.

Бойында бөгде күштер әсер етпейтін тізбек бөлігін біртекті тізбек бөлігі деп атайды. Бойында ток тасушыларға бөгде күштер әсер ететін бөлікті біртекті емес тізбек бөлігі деп атайды.

Тізбектің біртекті бөлігі үшін кернеу потенциалдар айырмасымен бірдей болады:

U 12

=  1 -  2.

Тізбектің бір текті емес бөлігі үшін Ом заңын мына түрде жазуға болады:

I =  1-  2+  12.

R

Тұйықталған тізбек үшін

 1 =  2, сондықтан тұйықталған тізбек үшін Ом

заңы төмендегідей өрнектеледі:

I =  12,

R

мұндағы R – бүкіл тізбектің жиынтық кедергісі болып табылады.

Тармақталған тізбектерді есептеу үшін неміс физигі Г. Кирхгоф тұжырымдаған ережелер қолданылады. Кем дегенде үш өткізгіш бірігетін, тізбектің кез келген тармақталу нүктесі түйін деп аталады. Түйінге кіретін ток оң деп, ал түйіннен шығатын ток – теріс деп алынады.

Кирхгофтың бірінші ережесі: түйінде жинақталатын ток күштерінің алгебралық қосындысы нольге тең:

å Ii

i

= 0.

Кирхгофтың екінші ережесі: тармақталған тізбектің кез келген тұйықталған контуры үшін ток күштерінің сол контурдың тиісті бөліктерінің кедергілеріне көбейтінділерінің алгебралық қосындысы осы контурдағы э.қ.к.-дің алгебралық қосындысына тең:

å I i Ri

i

=å k.

k

Теңдеулерді құрастырған кезде токтар мен э.қ.к.-тердің таңбаларын контурды айналып өтудің таңдап алынған бағытына сәйкес алу керек. Бағыты контурды айналу бағытымен бірдей болатын ток үшін IR көбейтіндісі оң, контурды айналу бағытында әсер ететін э.қ.к. оң деп саналады.

Кедергілердің параллель жалғауын өлшеу аспаптарында (сурет) шунт ретінде қолданады.

 

Шунт – белгілі бір амперметрдің

Iа өлшеу шегінен асатын I ток күшін

өлшеу мақсатымен амперметрге параллель жалғанатын

Rш кедергісі.

 

I = I

(Rа + Rш)

R

a,

ш

мұндағы

Rа - амперметрдің ішкі кедергісі.

 

R 1 белгісіз кедергіні дәл өлшеу үшін, әдетте Уитстон көпірі қолданылады.

 

Белгілі

R 2,

R 3 және

R 4 кедергілерінің мәндерін өзгерте отырып, гальванометр

арқылы өтетін токтың мәні нольге тең болуына қол жеткізеді (IG

= 0). Сонда

 

R 1 = R 4

R = R 2 R 4

 

R 2 R 3

, немесе 1.

R

Бір-бірімен тізбектей жалғанған n ток көздерінен тұратын батареяның э.қ.к.-і және ішкі кедергісі мынаған тең

 

n

 = å i,

i =1

 

n

r = å ri.

i =1

Бір-бірімен параллель жалғанған n ток көздерінен тұратын батареяның э.қ.к.-і және ішкі кедергісі төмендегі өрнектердің көмегімен анықталады:

 n  1 n 1

=å i,

=å.

r i =1 ri r i =1 ri

Кедергісі R және U кернеуге қосылған өткізгіште тұрақты токтың атқаратын жұмысы келесі өрнектер арқылы есептеледі:

A = UIt = I 2 Rt = U t.

R

Сонда тұрақты токтың қуаты:

P = UI = I 2 R = U.

R

Тыныштық күйдегі металл өткізгіш арқылы өткен кезде токтың атқаратын барлық жұмысы тек өткізгішті қыздыруға ғана жұмсалынады да, энергияның сақталу заңы бойынша

A = Q

Сонымен, өткізгіштегі бөлінетін жылу мөлшері төмендегідей болады:

Q = UIt = I 2 Rt = U t.

R

Джоуль-Ленц заңынөрнектейтін бұл қатынастарды алғаш рет эксперименталды түрде бір–бірінен тәуелсіз Дж. Джоуль және Э.Х. Ленц анықтаған.