Тұрақты ток

Оқулықтық тірек

• Кронгарт Б., Казахбаева Д., Иманбеков О., Қыстаубаев Т. «Физика. 10-сынып ЖМБ», 10-сынып, Мектеп, 2019, 196–208-б.
• Башарұлы Р., Шүйіншина Ш., Сейфоллина К. «Физика. 8-сынып», 8-сынып, Атамұра, 2018, 118–144, 220-б.

Материалдарда жоқ: Кирхгоф ережелері, амперметр мен вольтметрдің өлшеу шегін кеңейту (шунт, қосымша кедергі).

Негізгі ұғымдар

• Тұрақты ток — зарядталған бөлшектердің реттелген бағытталған қозғалысы; ток күші $I=\dfrac{q}{t}$ (А).
• Кедергі — өткізгіштің токқа кедергі жасау қасиеті: $R=\rho\dfrac lS$; 1 Ом = 1 В/1 А. Тұрақты температурада $R$ кернеу мен токқа тәуелсіз.
• Тізбек бөлігі үшін Ом заңы: $I=\dfrac UR$.
• ЭҚК $\mathcal E$ — ток көзінің сипаттамасы; толық тізбек үшін Ом заңы: $I=\dfrac{\mathcal E}{R+r}$.
• Джоуль — Ленц заңы: $Q=I^2Rt$.

Теория

Кедергінің табиғаты. Металдағы еркін электрондар өріс әсерінен үдеп, тор иондарымен соқтығысып, энергиясын береді — осыдан кедергі мен өткізгіштің қызуы. Өткізгіш неғұрлым ұзын және жіңішке болса, кедергі соғұрлым көп.

Жалғау түрлері.

	Тізбектей	Параллель
Ток	$I=I_1=I_2$	$I=I_1+I_2$
Кернеу	$U=U_1+U_2$	$U=U_1=U_2$
Кедергі	$R=R_1+R_2$	$\dfrac1R=\dfrac1{R_1}+\dfrac1{R_2}$
Көп бөлінетін жылу	үлкен $R$-да ($Q\sim R$)	кіші $R$-да ($Q=\dfrac{U^2}{R}t$)
Аралас тізбек: алдымен параллель топтардың эквивалент кедергісі → жалпы $R$ → жалпы ток → әр бөліктегі кернеу мен ток.

Толық тізбек. Сыртқы тізбектегі кернеу $U=\mathcal E-Ir=IR$. Қысқа тұйықталу ($R=0$): $I_{қт}=\dfrac{\mathcal E}{r}$.

Жұмыс және қуат. $A=IUt=I^2Rt=\frac{U^2}{R}t,\qquad P=IU=I^2R=\frac{U^2}{R}.$ 1 Вт·сағ = 3600 Дж, 1 кВт·сағ = 3,6 МДж. Толық қуат $P_{тол}=\mathcal EI$, пайдалы қуат $P_п=I^2R$, ток көзінің ПӘК-і $\eta=\dfrac{R}{R+r}$.

Жылулық әсер. Барлық жұмыс жылуға кетсе, $A=Q=I^2Rt$ (Джоуль мен Ленц бір-бірінен тәуелсіз ашқан). Қыздырғыш элементтер меншікті кедергісі және балқу температурасы жоғары қорытпалардан жасалады: нихром (никель + хром), фехраль.

Мысалдар

1. $\mathcal E=12$ В, $r=1$ Ом, $R=5$ Ом. $I=2$ А; $U=10$ В; $P_п=20$ Вт; $\eta\approx83\%$; $I_{қт}=12$ А.
2. $R_1=4$ Ом тізбектей параллель $R_2=6$ Ом мен $R_3=3$ Ом жұбына жалғанған, $U=12$ В. Жұп $2$ Ом, жалпы $6$ Ом, $I=2$ А; $U_1=8$ В, жұпта 4 В; $I_2\approx0{,}67$ А, $I_3\approx1{,}33$ А.
3. $I=15$ А, $U=24$ В, $t=20$ мин. $A=15\cdot24\cdot1200=432$ кДж = 120 Вт·сағ.
4. 80 Ом плитка 220 В желіде. $P=\dfrac{220^2}{80}=605$ Вт.

ҰБТ-дағы жиі қателер

• Кедергі кернеуге тәуелді деп ойлау ($R=U/I$ — тек өлшеу тәсілі).
• Сымды 2 есе созғанда кедергі 2 есе артады деу: ұзындық 2 есе артып, қима 2 есе азаяды — $R$ 4 есе артады.
• Ток көзінің қысқыштарындағы кернеуді ЭҚК-ке тең деп алу: $U=\mathcal E-Ir$.
• Параллель жалғауда жалпы кедергі ең кіші кедергіден де кіші болатынын ұмыту.
• кВт·сағ-ты джоульге аудармау.

Өзіңді тексер

1. 6 В кернеуде 2 А ток өтетін өткізгіш кедергісі? — 3 Ом.
2. Қысқа тұйықталу тогы? — $I=\mathcal E/r$.
3. Тізбектей жалғанған екі резистордың қайсысы көп қызады? — Кедергісі үлкені.
4. Екі бірдей 10 Ом резистор параллель жалғанды. Жалпы кедергі? — 5 Ом.
5. 1 кВт·сағ неше джоуль? — $3{,}6\cdot10^6$ Дж.