Негізгі айырмашылық – ток пен кернеу
Электр өрісінде электр зарядтарына оларға әсер ететін күш әсер етеді; осылайша электр өрісіндегі бір нүктеден екінші нүктеге өту үшін зарядталған бөлшекте жұмыс істеу керек. Бұл жұмыс сол екі нүкте арасындағы электрлік потенциалдар айырмасы ретінде анықталады. Электрлік потенциалдар айырмасы екі нүкте арасындағы кернеу деп те аталады. Потенциалдар айырмасының әсерінен электр зарядтарының қозғалысы немесе ағыны электр тогы деп аталады. Ток пен кернеу арасындағы негізгі айырмашылық мынада: ток әрқашан электр өрісі астында электр зарядтарының қозғалысын қамтиды, ал кернеу зарядтар ағынын қамтымайды. Кернеу тек теңгерілмеген зарядтың болуына байланысты пайда болады.
Кернеу дегеніміз не?
Атомда протондар мен электрондардың саны бірдей болғандықтан, ғаламдағы барлық тұрақты материя электрлік теңдестірілген. Дегенмен, оң немесе теріс зарядталған бөлшектерде сыртқы физикалық және химиялық әсерлерге байланысты протондарға қарағанда электрондар көп немесе аз болуы мүмкін. Ұқсас зарядтардың жиыны кезінде айналасындағы әрбір нүктеге электр потенциалы немесе кернеу беретін электр өрісі пайда болады. Кернеуді электр энергиясының ең негізгі қасиеті ретінде қарастыруға болады. Ол вольтметр арқылы вольтпен (V) өлшенеді.
Нүктедегі электрлік потенциал әрқашан екі нүкте арасындағы айырмашылық ретінде қарастырылады немесе белгілі бір нүктеде потенциал нөлге тең болатын шексіздікке сәйкес кернеу қарастырылады. Электр тізбегі тұрғысынан жер нөлдік потенциалды нүкте ретінде қарастырылады; демек, тізбектің әрбір нүктесіндегі кернеу жерге (немесе жерге) қатысты өлшенеді.
Көптеген табиғи немесе мәжбүрлі құбылыстардың нәтижесінде кернеу пайда болуы мүмкін. Найзағай табиғи құбылысқа байланысты кернеудің мысалы болып табылады; Үйкеліс әсерінен бұлтта жүздеген миллион кернеу пайда болады. Өте аз масштабта аккумулятор химиялық реакция арқылы кернеуді шығарады, зарядталған иондарды оң (анод) және теріс (катод) терминалдарында жинақтайды. Күн панельдеріне кіретін фотоэлектрлік элементтер күн сәулесін жұтатын жартылай өткізгіш материалдан электронның шығуы нәтижесінде кернеу тудырады. Осындай әсерді сыртқы жарық деңгейін анықтау үшін камераларда қолданылатын фотодиодтардан көруге болады.
Ток дегеніміз не?
Ток дегеніміз теңіз суы немесе атмосфералық ауа сияқты бір нәрсенің ағыны. Электрлік контексте электр зарядтарының ағыны, әдетте өткізгіш арқылы өтетін электрондар ағыны электр тогы ретінде белгілі. Ток күші ампермен (А) амперметрмен өлшенеді. Ампер секундына кулон ретінде анықталады және ток өтіп жатқан екі нүкте арасындағы кернеу айырмашылығына пропорционал.
01-сурет: қарапайым электр тізбегі
01-суретте көрсетілгендей, ток таза R кедергісі арқылы өткен кезде кернеу мен ток қатынасы R-ге тең. Бұл Ом заңында енгізілген, ол келесі түрде берілген:
V=I x R
Егер орамдағы кернеу dV өзгерсе, ол индуктор деп те аталады, катушка арқылы өтетін dI ток келесіге сәйкес өзгереді:
dI=1/L∫dV dt
Мұнда L – катушканың индуктивтілігі. Бұл катушка ондағы кернеудің өзгеруіне төзімді болғандықтан және қарсы кернеу тудыратындықтан орын алады.
Конденсатор жағдайында ондағы токтың өзгеруі dI келесідей болады:
dI=C (dV/dt)
Мұнда C – сыйымдылық. Бұл кернеудің өзгеруіне сәйкес конденсатордың зарядсыздануы мен зарядталуына байланысты.
02-сурет: Флемингтің оң қол ережесі
Өткізгіш магнит өрісі арқылы қозғалғанда, Флемингтің оң қол ережесіне сәйкес өткізгіште ток және одан кейін кернеу пайда болады.
Бұл магнит өрісі бойынша өткізгіштер тізбегі жылдам айналатын электр генераторының негізі. Алдыңғы бөлімде түсіндірілгендей, зарядтардың жинақталуы батареяда кернеуді тудырады. Сым екі терминалды қосқанда сым бойымен ток аға бастайды, яғни сымдағы электрондар терминалдар арасындағы кернеу айырмашылығына байланысты қозғалады. Сымның кедергісі неғұрлым үлкен болса, ток соғұрлым үлкен болады және батарея соғұрлым тезірек бітеді. Сол сияқты, қуатты көп тұтынатын жүктеме қоректен жоғары токты тартады. Мысалы, 230 В қуат көзіне қосылған 100 Вт шам, оның алатын ток күшін келесідей есептеуге болады:
P=V ×I
I=100Вт ÷230 В
I=0,434 A
Бұл жерде қуат жоғарырақ болғанда, ток тұтынуы жоғары болады.
Кернеу мен токтың айырмашылығы неде?
Кернеу токқа қарсы |
|
| Кернеу электр өрісіндегі екі нүкте арасындағы электрлік потенциалдық энергияның айырмашылығы ретінде анықталады. | Ток электр өрісіндегі потенциалдық энергия айырмасы астында электр зарядтарының қозғалысы ретінде анықталады. |
| Болған оқиға | |
| Кернеу электр зарядтарының болуына байланысты шығады. | Ток зарядтардың қозғалысы арқылы пайда болады. Статикалық электр зарядтары бар ток жоқ. |
| Тәуелділік | |
| Кернеу ток тудырмай-ақ болуы мүмкін; мысалы, батареяларда. | Ток әрқашан кернеуге байланысты, себебі заряд ағыны потенциалдар айырмашылығынсыз болмайды. |
| Өлшем | |
| Кернеу вольтпен өлшенеді. Ол әрқашан басқа нүктеге, кем дегенде бейтарап жерге қатысты өлшенеді. Сондықтан кернеуді өлшеу оңай, өйткені өлшеу терминалдарын орналастыру үшін тізбек үзілмеген. | Ток ампермен өлшенеді және өткізгіш арқылы өлшенеді. Ток күшін өлшеу қиынырақ, өйткені өлшеу терминалдарын орналастыру үшін өткізгішті сындыру керек немесе күрделі қысқыш амперметрлерді пайдалану керек. |
Қорытынды – Кернеу және ток
Электр өрісінде кез келген екі нүкте арасындағы потенциалдар айырымы кернеулер айырымы деп аталады. Ток туғызу үшін әрқашан кернеу айырмашылығы болуы керек. Фотоэлемент немесе аккумулятор сияқты кернеу көзінде кернеу терминалдарда зарядтардың жиналуына байланысты пайда болады. Егер бұл терминалдар сыммен қосылса, терминалдар арасындағы кернеу айырмашылығына байланысты ток ағып бастайды. Ом заңына сәйкес өткізгіштегі ток күші кернеуге пропорционалды түрде өзгереді. Ток пен кернеу өзара кедергі арқылы байланысқанымен, ток кернеусіз бола алмайды. Бұл ток пен кернеу арасындағы айырмашылық.
