Elektr energiyasi va quvvat

Elektr energiyasi fan sohasidagi muhim tushunchalardan biri bo‘lsa-da, ko‘pincha noto‘g‘ri tushuniladi. Xo‘sh, elektr energiyasi aslida nima va hisob-kitoblarda undan foydalanganda qanday qoidalar qo‘llanadi? Ushbu maqolada ana shu savollarga javob topamiz.

Elektr energiyasi nima?

Elektr energiyasi — zaryadlangan zarrachalarning elektr potensial energiyasi (electric potential energy) yoki kinetik energiyasidan (kinetic energy) kelib chiqadigan energiyadir. Umuman olganda, u elektr potensial energiyadan aylantirilgan (converted) energiya sifatida tushuniladi. Elektr energiyasini elektronlarning bir nuqtadan ikkinchi nuqtaga harakatlanishi natijasida hosil bo‘ladigan energiya deb ta’riflash mumkin. Zaryadlangan zarrachalarning muhit bo‘ylab/ichidan (masalan, sim orqali) harakatlanishi tok yoki elektr (current or electricity)ni hosil qiladi.

Elektr energiyasi formulasi

Element (cell) ikki qutbga ega — manfiy va musbat qutb. Manfiy qutbda elektronlar ortiqcha (excess) bo‘ladi, musbat qutbda esa elektronlar yetishmaydi (deficiency). Musbat qutbni A deb olaylik, A nuqtadagi elektr potensial V(A) bilan belgilanadi. Xuddi shuningdek, manfiy qutb B bo‘lsin, B nuqtadagi elektr potensial V(B) bilan belgilanadi. Elektr toki A dan B ga oqadi, demak V(A) > V(B).

A va B orasidagi potensial farq (potential difference) quyidagicha:

V = V(A) – V(B) > 0

Matematik jihatdan elektr toki o‘tkazgichning ko‘ndalang kesimi (cross-section) orqali zaryad oqimining tezligi (rate of flow of charge)sifatida ta’riflanadi.

Shuning uchun u I = ∆Q/ ∆t ko‘rinishda yoziladi, bu yerda I — elektr toki (electric current), ∆Q — ∆t vaqt oralig‘ida bir nuqtadan oqib o‘tgan elektr zaryadi miqdori.

A nuqtada Q zaryadning potensial energiyasi QV(A), B nuqtada esa QV(B) bo‘ladi. Demak, potensial energiyaning o‘zgarishi:

∆U_pot = Yakuniy potensial energiya – Boshlang‘ich potensial energiya

= ∆Q [(V(B) – V(A)] = –∆Q V

= –I V∆t (chunki I = ∆Q/ ∆t)

Agar tizimning kinetik energiyasini ham hisobga olsak, o‘tkazgich ichidagi zaryadlar to‘qnashuvsiz (without collision) harakatlansa, kinetik energiya ham o‘zgaradi. Bu tizimning umumiy energiyasi o‘zgarmas bo‘lib qolishi uchun kerak. Shunday qilib, umumiy energiyaning saqlanish qonuniga (conservation of total energy) ko‘ra:

∆K = –∆U_pot

yoki ∆K = I V∆t > 0

Demak, elektr maydonda zaryadlar o‘tkazgich bo‘ylab erkin harakatlansa, ular harakatlanishi davomida kinetik energiya ortadi.

Zaryadlar to‘qnashganda (collide), ular olgan energiya atomlar orasida taqsimlanadi. Natijada atomlarning tebranishi (vibration) kuchayadi va o‘tkazgich qiziydi. Shunday qilib, real (actual) o‘tkazgichlarda energiyaning ma’lum qismi issiqlik ko‘rinishida sochiladi (dissipated).

Elektr energiyasining birliklari

Elektr energiyasining asosiy birligi joul (joule) yoki vatt-sekund (watt-second) hisoblanadi. Agar 1 amper tok zanjirdan 1 sekund davomida oqib o‘tsa va unga 1 volt potensial farq qo‘llansa, bunday elektr energiyasi 1 joulga teng deyiladi. Elektr energiyasining tijoriy (commercial) birligi kilovatt-soat (kilowatt-hour, kWh) bo‘lib, u Board of trade unit (B.O.T) deb ham ataladi.
1 kWh = 1000 × 60 × 60 vatt–sekund
1 kWh = 36 × 10⁵ Ws yoki joul (Joules)
Odatda 1 kWh “bitta birlik (one unit)” deb ataladi.

Elektr energiyasiga misollar nimalar?

Elektr energiyasiga bir nechta misollar:

Avtomobil akkumulyatorida (car battery) kimyoviy reaksiya natijasida elektron hosil bo‘ladi va u elektr toki tarkibida harakatlanish uchun energiyaga ega bo‘ladi. Shu harakatlanuvchi zaryadlar avtomobil zanjirlariga elektr energiya beradi.
Momaqaldiroq (thunderstorm) paytida chaqmoq (lightning) — elektr energiyasiga misol: biz ko‘radigan chaqmoq aslida atmosferada elektr zaryadlarining razryadi (discharging)dir.
Elektr ilonbalig‘i (electric eels) elektr energiya hosil qiladi va uni yirtqichlardan himoyalanish (defence) uchun ishlatadi.

Elektr energiyasining mexanik energiyaga aylanishi

Elektr energiyasini issiqlik energiyasi, yorug‘lik energiyasi, harakat (motion) va boshqa ko‘rinishlarga aylantirish mumkin. Eng mashhur misollar:

Ventilyator: ventilyatordagi dvigatel elektr energiyasini mexanik energiyaga aylantiradi.
Chiroq (bulb): bu yerda elektr energiyasi yorug‘lik energiyasiga aylantiriladi.

Xulosa

Elektr energiyasi bo‘yicha asosiy qaydlar quyidagi jadvalda keltirilgan:

Ta’rif	Elektr energiyasi kinetik energiya yoki potensial energiya tufayli bo‘lishi mumkin. Ko‘pincha u potensial energiya tufayli bo‘ladi; bu zaryadlangan zarrachalar yoki elektr maydonlarning nisbiy joylashuvi sababli saqlanadigan energiyadir.
Belgisi	E
Birliklari	Joul (J)
	Kilovatt-soat (kWh)
	Elektron-volt (eV)
Formula	E = QV Bu yerda, Q — zaryad (charge) V — potensial farq (potential difference)
Misollar	Sim orqali harakatlanayotgan elektr zaryadlari yoki elektr toki.
	Chaqmoq (lightning).
	Batareyalar (batteries).
	Statik elektr (static electricity).
	Elektr g‘ildiraklar (electric wheels) elektr energiya hosil qiladi.
	Kondensatorlarda (capacitors) saqlangan elektr energiyasi.
	Audio karnaylar (audio speakers).
	Eshik qo‘ng‘iroqlari (doorbells).
Qo‘llanilishi	Yoritish, sovitish, isitish. Maishiy jihozlar, elektronika, kompyuterlar, mexanizmlar va uskunalarni ishlatish. Jamoat transport tizimlari.
Faktlar	Elektr toki yorug‘lik tezligida harakatlanadi, ya’ni sekundiga 186 000 mildan ham tez.
	Statik elektr uchquni (spark) 3000 voltgacha yetishi mumkin.
	Chaqmoq zarbasi (bolt of lightning) 3 000 000 voltgacha yetishi mumkin va u bir sekunddan kam davom etadi.

Elektr quvvati (Electric Power) nima?

Elektr quvvati ta’rifi — elektr zanjiri (electrical circuit)da ish bajarilish tezligi yoki energiyaning boshqa ko‘rinishga aylanish tezligidir. Sodda qilib aytganda, u ma’lum vaqt ichida qancha energiya ishlatilishini ko‘rsatadi.

Fizikada elektr zanjiri tomonidan birlik vaqt ichida uzatiladigan elektr energiyasi miqdori elektr quvvati deb ataladi. Bu yerda elektr energiya kinetik yoki potensial bo‘lishi mumkin. Ko‘p hollarda zaryadlangan zarrachalar yoki elektr maydonlarning nisbiy joylashuvi sababli saqlanadigan energiya — potensial energiya — hisobga olinadi. Elektr quvvati P harfi bilan belgilanadi va vatt (Watt) bilan o‘lchanadi.

Belgi	P
SI birligi	Vatt, ya’ni sekundiga joul (joule per second)
Skalyar yoki vektor	Skalyar kattalik (Scalar Quantity)
Formula	P = VI Bu yerda, V — potensial farq (volts) I — elektr toki

Biz o‘tkazgich qizishi natijasida sochilib ketadigan (dissipated) energiya haqida gapirdik. ∆t vaqt oralig‘ida sochilib ketadigan energiya quyidagicha:

∆W = I V∆t

Birlik vaqtga to‘g‘ri keladigan sochilgan energiya esa aslida sochilgan quvvat bo‘lib, P = ∆W/∆t bilan ifodalanadi. Biz esa quvvat formulasi P = IV ekanini bilamiz.

Demak, Om qonuni (Ohm’s law) ga ko‘ra V = IR. O‘rniga qo‘ysak:

P = I²R

yoki

P = V²/R

Aynan shu quvvat chiroq spiralining (coil) qizishiga sabab bo‘ladi va u issiqlik hamda yorug‘lik chiqaradi.

Tez-tez so‘raladigan savollar – FAQ

Elektr energiyasini ta’riflang.

Elektr energiyasi kinetik energiya yoki potensial energiya tufayli bo‘lishi mumkin. Ko‘pincha u potensial energiya tufayli bo‘ladi, ya’ni zaryadlangan zarrachalar yoki elektr maydonlarning nisbiy joylashuvi sababli saqlanadigan energiya.

Elektr energiyasining birliklarini yozing.

Elektr energiyasining birliklari: joul, kilovatt-soat va elektron-volt.

Elektr energiyasining qo‘llanilishlarini yozing.

Elektr energiyasining qo‘llanilishi juda ko‘p. Ulardan ba’zilari: yoritish, sovitish, isitish; maishiy jihozlar, elektronika, kompyuterlar, mashina-uskunalarni ishlatish; jamoat transport tizimlari.

Elektrning tezligi qanday?

Elektr toki yorug‘lik tezligida harakatlanadi — sekundiga 186 000 mildan ham tez.

Elektr nimadan tashkil topadi?

Harakatchan elektronlarning harakati elektrni tashkil qiladi.

Elektr quvvatini ta’riflang.

Elektr quvvati — elektr zanjiri tomonidan birlik vaqt ichida uzatiladigan elektr energiyasi miqdorining tezligini o‘lchovchi kattalik.

Elektr quvvatining SI birligini yozing.

Elektr quvvatining SI birligi — vatt.

Elektr quvvatining formulasini yozing va kattaliklarni tushuntiring.

Elektr quvvati P = VI formula bilan beriladi.
Bu yerda:
V — potensial farq, I — elektr toki, P — elektr quvvati.

Elektr quvvati skalyar kattalikmi yoki vektor kattalikmi?

Elektr quvvati skalyar kattalikdir.

Q10

Om qonuni yordamida quvvatni qanday ifodalash mumkin?

Quvvat formulasi Om qonuni yordamida P = I²R yoki P = V²/R ko‘rinishida yozilishi mumkin.
Bu yerda V — potensial farq, I — elektr toki, R — qarshilik, P — elektr quvvati.