Elektr kuchlanishi

Kuchlanish
U, V
Oʻlchamlik L2MT-3I-1
Oʻlchov birliklari
SI volt
Elektr kuchlanishi
Tok kuchi
Elektr quvvati
Elektr qarshiligi

Elektr kuchlanishi quyidagi nuqtalar orasida aniqlanadi: A va B — bu skalyar fizik kattalik. Bunda ish AABef — samarali elektr maydoni kuchlari E→ef (jumladan, tashqi maydonlar) sinov zaryadini A nuqtadan B nuqtaga tanlangan yoʻl boʻylab koʻchirishda bajaradigan ish boʻlib, kuchlanish shu ishning zaryad miqdoriga nisbatidir:

UAB=AABef/q.

Taʼrifiga koʻra, sinov zaryadi koʻchirilganda, bu jarayon maydon manbalaridagi zaryadlarning taqsimlanishini oʻzgartirmaydi, deb hisoblanadi. A, B nuqtalari muayyan elektr zanjiri qismida joylashishi mumkin.

Umumiy holda kuchlanish ikki turdagi ishning hissasidan hosil boʻladi: elektr kuchlarining ishi AABel va tashqi kuchlarning ishi AABex. Agar zanjirning muayyan qismida tashqi kuchlar taʼsir qilmasa (yaʼni AABex=0), zaryadni koʻchirishda faqat potensial elektr maydoni bajargan ish AABel hisobga olinadi (bu ish zaryad koʻchirilgan yoʻlga bogʻliq emas). Shunda kuchlanish UAB — A va B nuqtalari orasidagi potensiallar farqiga teng (chunki φA−φB=AABel/q).

Umumiy holda kuchlanish UAB — A va B nuqtalari orasidagi potensiallar farqidan birlik musbat zaryadni koʻchirishda tashqi kuchlar bajaradigan ish miqdoricha farq qiladi:

UAB=φA−φB+ℰAB.

Bu ish zanjirning mazkur qismidagi elektr yurituvchi kuch ℰAB=AABex/q deb ataladi.

Elektr kuchlanishining taʼrifini boshqacha ham yozish mumkin. Buning uchun bajarilgan ishni AABef quyidagi integral orqali ifodalash kerak:

UAB=∫LE→efdl→

Bu integral L trayektoriya boʻylab, yaʼni A nuqtadan B nuqtagacha, samarali elektr maydonining kuchlanganligi E→ef (tashqi maydonlarni ham oʻz ichiga oladi) ning L trayektoriyaga urinma boʻylab proyeksiyasidan olinadi; urinmaning yoʻnalishi trayektoriyaning har bir nuqtasida dl→ vektori yoʻnalishiga mos keladi. Tashqi kuchlar boʻlmagan elektrostatik maydonda ushbu integral qiymati integrallash yoʻliga bogʻliq emas va potensiallar farqiga teng boʻladi.

Elektr kuchlanishining oʻlchamligi Xalqaro kattaliklar tizimida (ingl. International System of Quantities, ISQ), uning asosida Xalqaro birliklar tizimi (SI) ishlab chiqilgan, — L2MT-3I-1. SI tizimida kuchlanishning oʻlchov birligi volt (ruscha belgilanishi: В; xalqaro belgilanishi: V).

«Kuchlanish» tushunchasini Georg Om 1827-yilgi ishida kiritgan; bu ishda elektr tokining gidrodinamik modeli 1826-yilda oʻzi kashf etgan empirik Om qonunini tushuntirish uchun taklif etilgan: U=IR.

Doimiy tok zanjirlaridagi kuchlanish

Tarixan tok yoʻnalishi oʻtkazgichdagi musbat zaryadlarning harakat yoʻnalishiga mos keladi, deb qabul qilingan (B. Franklin)

Zanjirda doimiy tok mavjud boʻlganda A va B nuqtalari orasidagi kuchlanish — elektr maydoni musbat sinov zaryadini A nuqtadan B nuqtaga koʻchirishda bajaradigan, birlik zaryadga toʻgʻri keluvchi ishdir.

Kuchlanish shartli ravishda manfiy ham boʻlishi mumkin, masalan, ikki qutbli quvvat manbai ishlatilganda.

Bir qutbli quvvat manbaida odatda manbaning chiqishlaridan biri, koʻpincha manfiy chiqishi «yer» deb olinadi. Masalan, avtomobillarda «yer» sifatida avtomobil kuzovi qabul qilinadi va u qoʻrgʻoshinli akkumulyatorning manfiy (ingichka) klemmasiga ulanadi (biroq bu har doim ham shunday boʻlmagan).

Ikki qutbli manbada uning oʻrta nuqtasi «yer» deb qabul qilinadi. Shunga koʻra, manbaning oʻrta nuqtasidan musbat klemmasigacha boʻlgan kuchlanish shartli musbat, oʻrta nuqtasidan manfiy klemmasigacha boʻlgan kuchlanish esa shartli manfiy hisoblanadi. Bu shartli kelishuv «kuchlanish qutbliligi» deb ataladi.

Oʻzgaruvchan tok zanjirlaridagi kuchlanish

Tegmang, korpus kuchlanish ostida. Taqiqlovchi belgi, Germaniya.

Oʻzgaruvchan tok zanjirlarini tavsiflash uchun kuchlanishning quyidagi qiymatlaridan foydalaniladi:

  • oniy kuchlanish;
  • kuchlanishning amplituda qiymati;
  • kuchlanishning oʻrtacha qiymati;
  • kuchlanishning oʻrtacha kvadratik qiymati;
  • kuchlanishning toʻgʻrilangan oʻrtacha qiymati.

Oniy kuchlanish — ayni vaqt lahzasida oʻlchangan ikki nuqta orasidagi potensiallar farqidir. U vaqtga bogʻliq (vaqtning funksiyasi hisoblanadi):

u=u(t).

Amplituda qiymatidagi kuchlanish — butun tebranish davrida oniy kuchlanish modulining eng katta qiymatidir:

UM=max⁡(|u(t)|).

Garmonik (sinusoidal) kuchlanish tebranishlarida kuchlanishning oniy qiymati quyidagicha ifodalanadi:

u(t)=UMsin⁡(ωt+ϕ).

Oʻrtacha kvadratik qiymati 220 V boʻlgan sinusoidal oʻzgaruvchan tok tarmogʻida amplituda kuchlanishi taxminan 311 V ga teng.

Amplituda kuchlanishini oʻlchashda ossillografdan foydalanish mumkin.

Kuchlanishning oʻrtacha qiymati (kuchlanishning doimiy tarkibiy qismi) butun tebranish davri uchun quyidagicha aniqlanadi:

Um=1T∫0Tu(t)dt.

Sinusoida uchun kuchlanishning oʻrtacha qiymati nolga teng.

Kuchlanishning oʻrtacha kvadratik qiymati (elektrotexnikada taʼsir etuvchi, samarali deb ham ataladi) butun tebranish davri uchun quyidagicha aniqlanadi:

Uq=1T∫0Tu2(t)dt.

Kuchlanishning oʻrtacha kvadratik qiymati amaliy hisob-kitoblar uchun eng qulaydir. Chunki u chiziqli aktiv yuklamada xuddi shunday qiymatdagi doimiy kuchlanish bilan bir xil ish bajaradi (masalan, choʻgʻlanma lampa bir xil yorqinlikda yonadi, qizdirish elementi esa bir xil miqdorda issiqlik ajratadi).

Sinusoidal kuchlanish uchun quyidagi tenglik oʻrinli:

Uq=12UM≈0,707UM;UM=2Uq≈1,414Uq.

Texnikada va kundalik hayotda oʻzgaruvchan tok ishlatilganda «kuchlanish» deganda aynan kuchlanishning oʻrtacha kvadratik qiymati tushuniladi va barcha voltmetrlar shu qiymatga muvofiq darajalangan. Biroq tuzilishiga koʻra, asboblarning aksariyati amalda oʻrtacha kvadratik qiymatni emas, balki toʻgʻrilangan oʻrtacha qiymatni (quyiga qarang) oʻlchaydi. Shu sababli sinusoidal boʻlmagan signalda ularning koʻrsatkichlari haqiqiy qiymatdan farq qilishi mumkin.

Kuchlanishning toʻgʻrilangan oʻrtacha qiymati — kuchlanish modulining oʻrtacha qiymati:

Um=1T∫0T|u(t)|dt.

Sinusoidal kuchlanish uchun quyidagi tenglik oʻrinli:

Um=2πUM(≈0,637UM)=22πUq(≈0,9Uq).

Amalda kam qoʻllanadi. Biroq oʻzgaruvchan tok voltmetrlarining aksariyati (ularda oʻlchashdan oldin tok toʻgʻrilanadi) aynan shu kattalikni oʻlchaydi, garchi ularning shkalasi oʻrtacha kvadratik qiymatlarga moslab darajalangan boʻlsa ham.

Uch fazali tok zanjirlaridagi kuchlanish

Uch fazali tok zanjirlarida faza kuchlanishi va liniya kuchlanishi farqlanadi. Faza kuchlanishi deganda yuklamaning har bir fazasi bilan neytral nuqta orasidagi kuchlanishning oʻrtacha kvadratik qiymati, liniya kuchlanishi deganda esa faza oʻtkazgichlari orasidagi kuchlanish tushuniladi. Yuklama uchburchak shaklida ulanganda faza kuchlanishi liniya kuchlanishiga teng, yulduz shaklida ulanganda esa (simmetrik yuklama yoki toʻgʻridan toʻgʻri yerga ulangan neytral mavjud boʻlsa) liniya kuchlanishi faza kuchlanishidan 3 marta katta boʻladi.

Amaliyotda uch fazali tarmoq kuchlanishi kasr shaklida belgilanadi: suratda yulduz shaklidagi ulanishda faza kuchlanishi (yoki har bir liniyaning yerga nisbatan potensiali), maxrajda esa liniya kuchlanishi yoziladi. Masalan, Rossiyada eng keng tarqalgan tarmoqlar kuchlanishi 220/380 В; baʼzan 127/220 В va 380/660 В.

Xos qiymatlar va standartlar

Obyekt Kuchlanish turi Qiymati (isteʼmolchi kirishida) Qiymati (manba chiqishida)
Elektrokardiogramma Impulsli 1—2 мВ -
Televizion antenna Yuqori chastotali oʻzgaruvchan 1—100 мВ -
AA turidagi ruxli galvanik element («barmoqcha») Doimiy 1,5 В -
Litiyli galvanik element Doimiy 3—3,5 В (barmoqcha element koʻrinishida, Varta Professional Lithium, AA misolida) -
Mantiqiy signallar — kompyuter komponentlarida Impulsli 3,3 В; 5 В -
6F22 («Krona») turidagi batareya Doimiy 9 В -
Quvvat taʼminoti — kompyuter komponentlari uchun Doimiy 5 В, 12 В -
Elektr jihozlari — avtomobillarda Doimiy 12/24 В -
Quvvat bloki (noutbuk va suyuq kristalli monitorlar uchun) Doimiy 19 В -
Xavfli sharoitlarda ishlash uchun moʻljallangan «xavfsiz» pasaytirilgan kuchlanish tarmogʻi Oʻzgaruvchan 12—42 В -
Eng barqaror yonish rejimining kuchlanishi — Yablochkov shamida Doimiy 55 В -
Kuchlanish telefon liniyasida (goʻshak qoʻyilgan holatda) Doimiy 60 В -
Elektr tarmogʻidagi kuchlanish — Yaponiya Uch fazali oʻzgaruvchan 100/172 В -
Uy elektr tarmoqlaridagi kuchlanish — AQSH Uch fazali oʻzgaruvchan 120 В / 240 В (ajratilgan faza (split-phase)[ingl.]) -
Maishiy elektr tarmoqlaridagi kuchlanish — Rossiya Uch fazali oʻzgaruvchan 220/380 В 230/400 В
Elektr razryadi: elektr skat baligʻi Doimiy 200—250 В gacha -
Kontakt tarmogʻi — tramvay va trolleybus Doimiy 550 В 600 В
Elektr razryadi: elektr ilonbaligʻi Doimiy 650 В gacha -
Kontakt tarmogʻi — metropoliten Doimiy 750 В 825 В
Kontakt tarmogʻi — elektrlashtirilgan temiryoʻl (Rossiya, doimiy tok) Doimiy 3 кВ 3,3 кВ
Taqsimlovchi havo elektr uzatish liniyasi (kichik quvvatli) Uch fazali oʻzgaruvchan 6—20 кВ 6,6—22 кВ
Generatorlar (elektr stansiyalarida), yuqori quvvatli elektr dvigatellari Uch fazali oʻzgaruvchan 10—35 кВ -
Kineskopning anod qismida Doimiy 7—30 кВ -
Statik elektr Doimiy 1—100 кВ -
Kuchlanish — oʻt oldirish shami (avtomobilda) Impulsli 10—25 кВ -
Kontakt tarmogʻi — elektrlashtirilgan temiryoʻl (Rossiya, oʻzgaruvchan tok) Oʻzgaruvchan 25 кВ 27,5 кВ
1 sm masofada havoning elektr teshilishi 10—20 кВ -
Rumkorf gʻaltagi Impulsli 50 кВ gacha -
Qatlamning elektr teshilishi — transformator moyi (qalinligi 1 sm) 100—200 кВ -
Havo elektr uzatish liniyasi (katta quvvatli) Uch fazali oʻzgaruvchan 35 кВ, 110 кВ, 220 кВ, 330 кВ 38 кВ, 120 кВ, 240 кВ, 360 кВ
Elektrofor mashinasi Doimiy 50—500 кВ -
Havo elektr uzatish liniyasi (oʻta yuqori kuchlanishli, tizimlararo) Uch fazali oʻzgaruvchan 500 кВ, 750 кВ, 1150 кВ 545 кВ, 800 кВ, 1250 кВ
Tesla transformatori Yuqori chastotali impulsli bir necha МВ gacha -
Van de Graaff generatori Doimiy 7 МВ gacha -
Momaqaldiroq buluti Doimiy 2 dan 10 ГВ gacha -

Adabiyotlar

Havolalar