Ajdodlarimiz yorug‘lik, issiqlik va ovqat pishirish uchun olovga tayanishgan. Bugun esa kalitni bir marta bosish, tugmachani burash yoki knopkani bosish bilan darhol quvvat (energiya)ga ega bo‘lamiz. Buning barchasi elektr toki (electric current) tufayli mumkin. Siz tok nima ekanini bilasizmi? Ushbu maqolada elektr toki zamonaviy hayot tarzini qanday tubdan o‘zgartirganini o‘rganamiz. Bu — yashash tarzimizni yangilashga yordam bergan muhim kashfiyotlardan biridir. Ertalab uyg‘onganimizdan tortib, kechasi uyquga ketgunimizgacha hayotimiz elektr energiyasiga bog‘liq. Oddiy non qovuradigan moslama (toster) va pishirish pechidan boshlab, keng qo‘llaniladigan televizorgacha — hammasi ishlashi uchun elektr toki kerak. Eng ko‘p ishlatiladigan qurilma — mobil telefon ham ishlashi uchun batareyani zaryadlashda elektr tokidan foydalanadi. Uyda katta rol o‘ynashdan tashqari, elektr energiyasi sanoat, transport va aloqa sohalarida ham muhim ahamiyatga ega. Ushbu maqolada elektr tokini biz juda kuchli darajada tayanadigan muhim resurs sifatida ta’riflashni o‘rganamiz.

Elektr tokining ta’rifi

Keling, endi elektr tokini ta’riflaymiz va o‘tkazgichlar hamda izolyatorlar (insulators) haqida ham bilib olamiz.

Elektr toki (Electric Current) — o‘tkazgich (conductor) ichida elektronlarning oqish tezligidir (rate of flow). Elektr tokining SI birligi — amper (Ampere).

Elektronlar moddaning molekulyar tuzilmasi ichida mavjud bo‘ladigan juda mayda zarrachalardir. Ba’zan bu elektronlar juda mahkam ushlab turiladi, boshqa holatlarda esa bo‘shroq ushlab turiladi. Elektronlar yadro (nucleus) tomonidan bo‘shroq ushlab turilganda, ular jism chegarasi doirasida erkinroq harakatlana oladi. Elektronlar manfiy zaryadlangan zarrachalar bo‘lgani uchun, ular harakatlanganda ko‘plab zaryadlar ham siljiydi — elektronlarning aynan shu harakatini biz elektr toki deb ataymiz. Shuni yodda tutish kerakki, harakatlana oladigan elektronlar soni moddaning elektrni o‘tkazish qobiliyatini belgilaydi. Ayrim materiallar tokni boshqalariga qaraganda yaxshiroq o‘tkazadi. Materialning elektrni o‘tkazish qobiliyatiga qarab, materiallar o‘tkazgichlar va izolyatorlarga bo‘linadi.

O‘tkazgichlar (Conductors): bunday materiallar elektronlarning bir zarrachadan boshqasiga erkin o‘tishiga imkon beradi. O‘tkazgichlar elektronlarning erkin harakati orqali zaryad ko‘chishini (charge transfer) ta’minlaydi. O‘tkazuvchi material ichidagi elektronlar oqimi elektr tokini hosil qiladi. O‘tkazgich bo‘ylab tok oqimini “haydab” o‘tishi uchun kerak bo‘ladigan kuch (ta’sir) kuchlanish (voltage) deb ataladi.

O‘tkazgichlarga misollar: inson tanasi, tuzlarning suvli eritmalari (aqueous solutions of salts) va temir, kumush, oltin kabi metallar.

Bilasizmi?

Kumush elektr tokini eng yaxshi o‘tkazadigan (best conductor) metall hisoblanadi.

Izolyatorlar (Insulators): izolyatorlar elektronlarning bir zarrachadan boshqasiga erkin o‘tishini cheklaydigan materiallardir. Izolyator zarrachalari elektronlarning erkin oqimiga yo‘l qo‘ymaydi; natijada zaryad izolyator yuzasida juda kam hollarda bir tekis taqsimlanadi.

Izolyatorlarga misollar: plastmassa, yog‘och va shisha.

O‘tkazgichda tok oqishi uchun zarur shartlar

Bu yerda o‘tkazgichdan elektr toki oqishi uchun zarur bo‘lgan ayrim shartlar muhokama qilinadi. Zanjirda kuchlanish hosil qiladigan energiya manbai (masalan, batareya) bo‘lishi kerak. Kuchlanish bo‘lmasa, elektronlar tartibsiz harakat qiladi va yo‘nalishli bo‘lmaydi; demak, tok ham oqmaydi. Kuchlanish elektronlarga “bosim” hosil qiladi va ularni bir yo‘nalishda oqishga yo‘naltiradi.

Zanjir elektronlar oqishi mumkin bo‘lgan yopiq o‘tkazuvchi halqa (closed conducting loop) hosil qilishi kerak. Kalit ON holatiga o‘tkazilganda zanjir yopiq (closed) yoki to‘liq (complete) hisoblanadi.

Elektromotor kuch (EYuK) nima?

Erkin elektronlarning harakati odatda tartibsiz (haphazard) bo‘ladi. Agar elektronlarga ma’lum yo‘nalishda harakat qilishga majbur qiladigan kuch ta’sir etsa, elektronlarning tasodifiy harakati ma’lum darajada kamayadi. Natijada umumiy harakat bir yo‘nalishga “jamlanadi”. Elektronlarni ma’lum yo‘nalishda harakatlantiradigan kuch elektromotor kuch (electromotive force) deb ataladi; uning miqdori kuchlanish (voltage) deyiladi va voltlarda (volts) o‘lchanadi.

Elektr tokining birligi

Keling, tok nima ekanini va uni o‘lchash birligini bilib olaylik.

Elektr tokining kattaligi (magnitude) sekundiga kulon (coulombs per second)da o‘lchanadi. Elektr tokining SI birligi — amper (Ampere) bo‘lib, A harfi bilan belgilanadi. Amper — bir sekundda bir nuqtadan bir kulon zaryad o‘tishi sifatida ta’riflanadi. Agar bir sekundda bizning “ramkamiz” (frame) orqali 6.241 x 10¹⁸ ta elektron oqib o‘tsa, undagi elektr toki “bir amper” bo‘ladi.

Amper birligi elektr va elektronika texnologiyalarida juda keng ishlatiladi; milliamp (0.001A), mikroamp (0.000001A) kabi ko‘paytmalar (multipliers) bilan ham qo‘llanadi va hokazo.

Elektr tokini tasavvur qilish

Elektr toki nima ekanini va u o‘tkazgichda qanday “o‘zini tutishini” chuqurroq tushunish uchun elektrni suv quvuri (water pipe) bilan qiyoslash analogiyasidan foydalanishimiz mumkin. Albatta, unda ayrim cheklovlar bor, lekin tok va tok oqimini eng sodda darajada tasvirlab berishga xizmat qiladi.

Elektrning “suv quvuri” analogiyasi (Water Pipe Analogy of Electricity)

Elektr tokini quvur ichidan oqayotgan suvga qiyoslash mumkin. Quvurning bir uchiga bosim berilsa, suv quvur bo‘ylab bir yo‘nalishda oqishga majbur bo‘ladi. Suv oqimi miqdori uchi tomondan berilgan bosimga proportsional bo‘ladi. Bu bosimni elektromotor kuch (electromotive force) bilan qiyoslash mumkin.

An’anaviy tok yo‘nalishi va elektronlar oqimi

An’anaviy tok yo‘nalishi (conventional current flow) va elektronlar oqimi (electron flow) atrofida ko‘p chalkashliklar mavjud. Ushbu bo‘limda ularning farqlarini tushunamiz.

An’anaviy tok yo‘nalishi vs elektronlar oqimi (Conventional Current Flow vs Electron Flow)

An’anaviy tok yo‘nalishi (Conventional Current Flow) 

An’anaviy tok yo‘nalishi musbat (positive) qutbdan manfiy (negative) qutb tomonga deb qabul qilingan va u musbat zaryadlar qaysi yo‘nalishda oqishi mumkinligini ko‘rsatadi.

Elektronlar oqimi (Electron Flow)

Elektronlar oqimi manfiy qutbdan musbat qutb tomonga bo‘ladi. Elektronlar manfiy zaryadlangan bo‘lgani uchun ular musbat qutbga tortiladi, chunki qarama-qarshi zaryadlar bir-birini tortadi.

Elektr tokining xossalari

Elektr tokini ta’riflab olgach, endi uning xossalarini o‘rganamiz. Elektr toki elektron sxemalarda muhim kattalik hisoblanadi. Biz elektrni hayotimizga shu qadar singdirib yuborganki, usiz hayotni tasavvur qilish qiyin. Shuning uchun tok nima ekanini va uning xossalarini bilish muhim.

• Elektr toki elektronlar oqimi natijasi ekanini bilamiz. Elektronlar oqimini siljitishda bajarilgan ish elektr energiyasi (electrical energy) deb ataladi. Elektr energiyasi issiqlik energiyasi, yorug‘lik energiyasi va boshqalar kabi boshqa ko‘rinishlarga aylanishi mumkin. Masalan, elektr dazmolda (iron box) elektr energiyasi issiqlik energiyasiga aylanadi. Xuddi shuningdek, lampochkada elektr energiyasi yorug‘lik energiyasiga aylanadi.
• Elektr tokining ikki turi bor: o‘zgaruvchan tok (AC — alternating current) va o‘zgarmas tok (DC — direct current). O‘zgarmas tok faqat bitta yo‘nalishda oqadi, o‘zgaruvchan tok esa ikki yo‘nalishda oqadi. O‘zgarmas tok sanoatda asosiy energiya manbai sifatida kam qo‘llanadi. U ko‘proq past kuchlanishli (low voltage) qo‘llanmalarda, masalan batareyalarni zaryadlash, aviatsiya (aircraft) qo‘llanmalari va hokazolarda ishlatiladi. O‘zgaruvchan tok esa uy-ro‘zg‘or, sanoat hamda tijorat ehtiyojlarida qurilmalarni ishlatishda qo‘llanadi.
• Elektr toki amperlarda o‘lchanadi. Tokning bir amperi — bir sekundda ma’lum nuqtadan bir kulon elektr zaryadi o‘tishiga teng.

1 amper = 1 kulon / 1 sekund

• Elektr tokining an’anaviy yo‘nalishi musbat zaryad qaysi tomonga harakatlanishi mumkin bo‘lgan yo‘nalishdir. Shuning uchun tashqi zanjirdagi tok batareyaning musbat qutbidan tashqariga yo‘nalib, manfiy qutb tomonga oqadi.

Elektr tokining ta’sirlari

Elektr tokini ta’riflagach, endi uning turli ta’sirlarini o‘rganamiz. Tok o‘tkazgichdan oqib o‘tganda, tok oqayotgan-oqmayotganini “bildiradigan” bir qancha belgilar paydo bo‘ladi. Quyidagilar eng yaqqol belgilar hisoblanadi:

Elektr tokining issiqlik ta’siri

Kiyimlarimiz g‘ijim bo‘lib qolsa, ularni tekislash uchun elektr dazmoldan foydalanamiz. Elektr dazmol tokning issiqlik ta’siri prinsipida ishlaydi. Issiqlik ta’siri asosida ishlaydigan ko‘plab qurilmalar bor.

Elektr toki o‘tkazgichdan o‘tganda, o‘tkazgichda issiqlik hosil bo‘ladi.

Issiqlik ta’siri quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:

H=I²RT

Issiqlik ta’siri quyidagi omillarga bog‘liq:

• Tok oqadigan vaqt ‘t’. Tok o‘tkazgichda qancha uzoq oqsa, shuncha ko‘p issiqlik hosil bo‘ladi.
• O‘tkazgichning elektr qarshiligi (electrical resistance). Qarshilik qancha katta bo‘lsa, issiqlik shuncha ko‘p hosil bo‘ladi.
• Tok miqdori. Tok qancha katta bo‘lsa, issiqlik shuncha ko‘p hosil bo‘ladi.

Tok kichik bo‘lsa, hosil bo‘ladigan issiqlik ham juda oz bo‘lib, sezilmasligi mumkin. Ammo tok kattaroq bo‘lsa, sezilarli miqdorda issiqlik hosil bo‘lishi ehtimoli bor.

Elektr tokining magnit ta’siri

Tok o‘tkazgichdan oqib o‘tganda kuzatiladigan yana bir yaqqol ta’sir — magnit maydonning hosil bo‘lishidir (build-up of the magnetic field). Buni shunday kuzatish mumkin: agar ancha katta o‘zgarmas tok (direct current) olib o‘tayotgan sim yoniga kompasni yaqinlashtirsak, kompas ignasi og‘adi (deflects). Tok hosil qilgan magnit maydon ko‘plab sohalarda juda foydali ishlatiladi. Simni g‘altak (coil) qilib o‘rash orqali bu ta’sirni kuchaytirish mumkin va elektromagnit (electromagnet) yasash mumkin.

Elektr tokining kimyoviy ta’siri

Elektr toki eritmadan (solution) o‘tganda, eritma ionlanadi (ionizes) va ionlarga parchalanadi. Buning sababi — tok eritmadan o‘tganda kimyoviy reaksiya sodir bo‘lishidir. Eritmaning tabiati (nature) va ishlatilgan elektrodlar (electrodes)ga qarab, eritmada quyidagi holatlar kuzatilishi mumkin:

• eritma rangining o‘zgarishi
• elektrodlarda metall cho‘kmalari (metallic deposits) hosil bo‘lishi
• eritmada gaz ajralishi yoki pufakchalar (bubbles) paydo bo‘lishi

Elektrokaplama (electroplating) va elektroliz (electrolysis) — elektr tokining kimyoviy ta’siriga oid qo‘llanmalardir.

Ko‘p so‘raladigan savollar – FAQ

Q1

Nega mis simlar ulovchi sim sifatida ishlatiladi?

Chunki ular elektronlar oqimi uchun past solishtirma qarshilik (low resistivity) ta’minlaydi.

Q2

O‘tkazuvchanlik (conductance)ning teskari kattaligi nima?

Qarshilik (resistance) — o‘tkazuvchanlikning teskari kattaligidir.

Q3

Harorat oshganda sof metallar va yarim o‘tkazgichlarning (semiconductors) qarshiligi qanday o‘zgaradi?

Harorat oshishi bilan sof metallarning qarshiligi ortadi, yarim o‘tkazgichlarning qarshiligi esa kamayadi.

Q4

Elektr o‘tkazuvchanlik (electric conductivity)ning birligi nima?

mho/metr (mho/metre) yoki siemens/metr (Siemens/metre).

Q5

Qarshilikni mutlaq (absolute) o‘lchash uchun qaysi usul ishlatiladi?

Qarshilikni mutlaq o‘lchashda Uitston ko‘prigi usuli (Wheatstone bridge method) qo‘llaniladi.

Q6

Izolyatorlar (insulators) nima?

Izolyatorlar — elektronlarning bir zarrachadan boshqasiga erkin o‘tishini cheklaydigan materiallardir. Izolyator zarrachalari elektronlarning erkin oqimiga yo‘l qo‘ymaydi.

Q7

Amperga ta’rif bering.

Amper — elektr tokining birligi bo‘lib, u sekundiga bir kulon zaryad oqimiga teng deb ta’riflanadi.

Q8

Elektromotor kuch (electromotive force) nima?

Elektromotor kuch — elektrokimyoviy element (electrochemical cell) yoki magnit maydonning o‘zgarishi (changing the magnetic field) natijasida hosil bo‘ladigan elektr potensial deb ta’riflanadi. Elektromotor kuch uchun ko‘p ishlatiladigan qisqartma — EMF.

Q9

Elektr zaryadi (electric charge) nima?

Elektr zaryadi — subatom zarrachalarning (subatomic particles) shunday xossasiki, u zarracha elektr va magnit maydonida joylashganda kuch ta’sirini sezadi (kuchni “boshdan kechiradi”).

Q10

Kulon qonunini (Coulomb’s law) bayon qiling.

Ikki nuqtaviy zaryad orasidagi elektrostatik tortishish yoki itarilish kuchining kattaligi zaryadlar kattaliklari ko‘paytmasiga to‘g‘ri proportsional va ular orasidagi masofa kvadratiga teskari proportsionaldir.