Pārskats par elektrisko lādiņu un ķēdēm
Apskatīt video Khan Academy platformā: 
Review of electric charge and circuits
Transkripts:
00:00
- [Instruktors] Elektriskais lādiņš ir īpašība,
00:01
kas piemīt dažām, bet ne visām daļiņām dabā.
00:05
Visbiežāk tiek runāts par
00:06
lādētām elementārdaļiņām elektroniem,
00:09
kas riņķo ap atoma kodolu.
00:11
Tiem ir negatīvs lādiņš.
00:13
Tāpat ir arī protoni, kas atrodas
00:15
atoma kodolā, un tiem ir pozitīvs lādiņš.
00:18
Un neitroniem atoma kodolā
00:20
nav kopsummas lādiņa.
00:21
Izrādās, ka visu lādēto daļiņu
00:24
lādiņi Visumā ir
00:26
veselu skaitļu reizinājumi ar elementārlādiņu.
00:29
Tātad, ja sastop kādu daļiņu dabā,
00:30
tās lādiņš būs vienreiz,
00:33
divreiz, trīsreiz utt. lielāks par šo lielumu,
00:37
un tas var būt gan pozitīvs, gan negatīvs.
00:38
Piemēram, elektrona lādiņš ir -1,6
00:41
reiz 10 mīnus 19. pakāpē kulonu,
00:44
bet protona lādiņš ir +1,6
00:47
reiz 10 mīnus 19. pakāpē kulonu.
00:49
Tomēr vairums atomu Visumā
00:51
kopumā ir elektriski neitrāli,
00:54
jo tiem ir tikpat daudz negatīvu elektronu,
00:56
cik pozitīvu protonu.
00:59
Bet, ja atomam būtu par daudz elektronu,
01:01
kopumā šis atoms būtu negatīvi lādēts,
01:04
un, ja atomam būtu par maz elektronu,
01:06
šis atoms kopumā būtu pozitīvi lādēts.
01:08
Un ir ļoti svarīgi atcerēties,
01:10
ka elektriskais lādiņš vienmēr saglabājas
01:13
jebkurā procesā. Citiem vārdiem sakot,
01:15
kopējais lādiņš sākumā ir vienāds
01:17
ar kopējo lādiņu beigās jebkurā procesā.
01:20
Kā izskatās uzdevuma piemērs, kas saistīts
01:22
ar elektrisko lādiņu?
01:23
Pieņemsim, ka ir trīs vienāda izmēra metāla sfēras,
01:26
kuru sākuma lādiņi ir redzami zemāk.
01:28
+5 Q, +3 Q un -2 Q.
01:32
Ja mēs savienojam sfēru X ar sfēru Y un tad tās atdalām,
01:35
un pēc tam savienojam sfēru Y ar sfēru Z un tās atdalām,
01:39
kāds būs katras sfēras lādiņš beigās?
01:42
Vispirms, kad savienojam X ar Y,
01:44
kopējam lādiņam ir jāsaglabājas.
01:46
Kopējais lādiņš tām abām ir 8 Q,
01:49
un, tā kā tās ir vienāda izmēra,
01:50
tās abas sadalīs kopējo lādiņu,
01:52
kas nozīmē, ka pēc saskaršanās
01:54
tām abām būs +4 Q.
01:56
Ja viena no lodēm būtu lielāka,
01:57
tā iegūtu lielāku lādiņa daļu,
01:59
bet kopējais lādiņš joprojām saglabātos.
02:01
Un tagad, kad sfēra Y saskaras ar sfēru Z,
02:04
kopējais lādiņš tajā brīdī
02:06
būtu +4 Q + (-2 Q),
02:09
kas ir +2 Q.
02:10
Tās to sadalītu vienādi, tātad sfērai Y būtu
02:13
+Q, un sfērai Z arī būtu +Q.
02:17
Tātad atbilde šeit ir C.
02:19
Pretēji lādiņi pievelkas, un vienādi lādiņi atgrūžas,
02:22
un Kulona likums dod iespēju atrast
02:24
elektriskā spēka moduli starp diviem lādiņiem.
02:28
Kulona likuma formula nosaka,
02:30
ka elektriskā spēka modulis
02:32
starp diviem lādiņiem Q1 un Q2 ir vienāds ar
02:36
elektrisko konstanti k, kas ir 9 * 10⁹,
02:39
reizinātu ar abu lādiņu reizinājumu, ko mēra kulonos,
02:42
dalītu ar attālumu starp to centriem
02:44
kvadrātā.
02:47
Nedrīkst aizmirst šo attālumu kāpināt kvadrātā.
02:49
Un tam jābūt metros, ja vēlies atrast
02:51
spēka SI vienības — ņūtonus.
02:54
Tāpat nepaļaujies uz lādiņu negatīvajām un pozitīvajām zīmēm,
02:56
lai noteiktu spēka virzienu,
02:59
vienkārši izmanto faktu, ka pretēji lādiņi pievelkas
03:02
un vienādi lādiņi atgrūžas, un izmanto Kulona likumu,
03:04
lai iegūtu spēka moduli.
03:07
Kā izskatās uzdevuma piemērs, kas saistīts ar
03:08
Kulona likumu?
03:09
Pieņemsim, ka divi lādiņi mijiedarbojas ar elektrisko spēku,
03:11
kura modulis ir F.
03:13
Kāds būtu jaunā elektriskā spēka modulis,
03:16
ja attālumu starp lādiņiem trīskāršo
03:18
un viena lādiņa moduli divkāršo?
03:21
Mēs zinām Kulona likuma formulu,
03:23
kas nosaka, ka spēks starp diviem lādiņiem
03:25
ir elektriskā konstante, reizināta ar vienu lādiņu,
03:28
reizināta ar otru lādiņu, dalīta ar attālumu
03:30
starp tiem kvadrātā. Un tagad, kad mēs trīskāršojam attālumu
03:33
un divkāršojam lādiņu, jaunais elektriskais spēks
03:36
būs elektriskā konstante, reizināta ar vienu no lādiņiem,
03:39
reizināta ar divkāršotu otru lādiņu,
03:42
dalīts ar trīskāršotu attālumu, kas tiek kāpināts kvadrātā.
03:46
Tātad augšā es iegūšu reizinātāju 2,
03:48
un šis trijnieks tiks kāpināts kvadrātā, kas man dos
03:49
reizinātāju 9 apakšā.
03:51
Ja es iznesu šos papildu reizinātājus, es iegūstu, ka jaunais spēks
03:54
būs 2/9, reizināts ar k, Q1, Q2,
03:58
dalīts ar d kvadrātā, bet viss šis lielums
04:00
bija vienkārši iepriekšējais spēks F, tātad tagad spēks
04:03
būs 2/9 no iepriekšējā.
04:07
Elektriskās strāvas stiprums I parāda, cik kulonu
04:10
elektriskā lādiņa vienā sekundē iziet caur vada šķērsgriezumu.
04:14
Tātad, ja tu izvēlies vadā kādu noteiktu vietu
04:16
un saskaiti, cik kulonu lādiņa
04:18
katru sekundi iziet caur šo šķērsgriezumu, tad tas arī ir strāvas stiprums.
04:21
Jeb vienādojuma formā mēs redzam, ka strāva I
04:23
būs lādiņu daudzums, kas plūst
04:25
caur šķērsgriezumu vadā laika vienībā.
04:27
Tas dod I mērvienības — kulonus sekundē,
04:30
ko mēs saīsinām kā ampērs.
04:32
Un, tā kā lādiņš un laiks nav vektori,
04:34
arī strāva nav vektors,
04:36
dīvaini var šķist tas,
04:37
ka tā sauktais pieņemtais strāvas virziens
04:40
būtu virziens, kurā plūst pozitīvie lādiņi
04:43
vadā, tomēr pozitīvie lādiņi vadā neplūst.
04:47
Vienīgie lādiņi, kas faktiski plūst vadā,
04:49
ir negatīvie lādiņi. Bet izrādās,
04:51
ka negatīvo lādiņu plūsma pa kreisi ir fiziski
04:55
tas pats, kas pozitīvo lādiņu plūsma pa labi.
04:57
Tāpēc fizikas uzdevumos mēs izliekamies, ka tie ir
05:00
kustīgi pozitīvie lādiņi, tomēr
05:02
patiesībā tie ir elektroni, kas ir negatīvi,
05:04
kas kustas vadā.
05:06
Kā izskatās uzdevuma piemērs,
05:07
kas saistīts ar elektrisko strāvu?
05:09
Pieņemsim, ka ķēdē plūst 3 ampēri.
05:11
Cik liels lādiņš izplūstu caur punktu šajā vadā
05:14
5 minūšu laikā?
05:16
Mēs zinām strāvas definīciju,
05:17
kas ir lādiņš laika vienībā, tas nozīmē, ka lādiņš
05:20
būs strāvas stiprums, reizināts ar laiku.
05:23
Ņemam mūsu strāvu — 3 ampērus,
05:25
un reizinām ar laiku, bet mēs nevaram
05:27
reizināt ar 5, jo tas ir minūtēs,
05:30
un, tā kā ampēri ir kuloni sekundē,
05:32
mums ir jāpārvērš 5 minūtes sekundēs,
05:34
kas būs 5 minūtes, reizinātas ar 60 sekundēm
05:37
minūtē, kas mums dos kopējo
05:39
lādiņu 900 kulonu.
05:42
Ķēdes elementa pretestība mēra, cik ļoti
05:45
šis elements ierobežos strāvas plūsmu.
05:48
Jo lielāka pretestība, jo mazāka strāva
05:51
varēs plūst.
05:52
Un šo pretestības definīciju nosaka Oma likums.
05:55
Oma likums nosaka, ka strāvas stiprums,
05:57
ko tu iegūsi kādā ķēdes posmā,
05:59
būs proporcionāls spriegumam
06:01
šajā posmā, dalītam ar pretestību
06:04
šajā ķēdes posmā.
06:06
Tātad starp šiem diviem punktiem strāvas stiprums,
06:08
kas plūdīs, būs vienāds ar
06:10
spriegumu starp šiem diviem punktiem,
06:12
dalītu ar pretestību starp šiem diviem punktiem.
06:15
Tātad, jo lielāka pretestība, jo mazāka strāva
06:17
plūdīs, bet jo lielāks pievadītais spriegums,
06:20
jo lielāka būs strāva.
06:22
Un to nosaka Oma likums.
06:24
Lai gan Oma likums dod veidu, kā definēt
06:26
pretestību, tu vari noteikt pretestību
06:29
ķēdes elementam, zinot tā izmēru
06:31
un formu.
06:32
Citiem vārdiem sakot, cilindriska rezistora pretestība
06:35
ir vienāda ar īpatnējo pretestību —
06:37
tā raksturo materiāla dabisko pretestību
06:40
strāvas plūsmai, reizinātu ar šā rezistora garumu.
06:43
Jo garāks rezistors, jo lielāka pretestība,
06:45
un jo vairāk tas pretosies strāvas plūsmai.
06:48
Un šo lielumu dala ar rezistora šķērsgriezuma laukumu —
06:50
ar šo laukumu te,
06:52
caur kuru strāva vai nu ieplūst, vai izplūst.
06:55
Ja rezistors ir cilindrisks, šī riņķa laukums
06:58
būtu pī reiz r kvadrātā, kur mazais r
07:01
būtu šī šķērsgriezuma laukuma rādiuss.
07:04
Pretestības mērvienības ir omi, un tā nav vektors.
07:07
Tā vienmēr ir pozitīva vai nulle.
07:09
Kā izskatās uzdevuma piemērs, kas saistīts ar Oma likumu
07:11
vai cilindriska rezistora pretestību?
07:14
Pieņemsim, ka baterija ar spriegumu V ir pievienota
07:16
vienam cilindriskam rezistoram ar garumu L
07:19
un rādiusu r, un, kad tas ir izdarīts,
07:21
caur bateriju plūst strāva I.
07:24
Kāda ir šī rezistora īpatnējā pretestība ro?
07:27
Mēs zinām ka Oma likums nosaka, ka strāva, kas plūst
07:30
caur ķēdes posmu, būs vienāda ar
07:32
spriegumu šajā posmā,
07:33
dalītu ar šī posma pretestību.
07:36
Un tas nozīmē, ka šī rezistora pretestība būs
07:38
baterijas spriegums, dalīts ar strāvu.
07:40
Lai šeit iekļautu īpatnējo pretestību, mums jāizmanto
07:43
cilindriska rezistora pretestības formula,
07:46
kas ir ro reiz L dalīts ar A.
07:48
Tas mums dod rezistora pretestību,
07:50
kam jābūt vienādai ar V dalīts ar I,
07:52
un tagad mēs varam atrisināt attiecībā pret īpatnējo pretestību ro.
07:55
Mēs iegūstam V reiz A dalīts ar I L, bet, tā kā mums ir dots
07:58
rādiuss r, mums laukums jāuzraksta,
08:01
izmantojot šo rādiusu, tātad tas būs
08:03
V reiz pī, r kvadrātā, dalīts ar I reiz L,
08:06
kas mums dod atbildi C.
08:09
Risinot uzdevumus par sarežģītām ķēdēm ar daudziem rezistoriem,
08:12
bieži vien šie rezistori ir jāvienkāršo
08:14
mazākā, ekvivalentā rezistoru skaitā.
08:17
Un to var izdarīt divos veidos, atrodot
08:18
divus rezistorus, kas ir virknē vai paralēli.
08:21
Rezistori būs virknē, ja tā pati strāva,
08:24
kas plūst caur vienu rezistoru,
08:25
plūst caur nākamo rezistoru.
08:27
Ja strāva starp tiem sazarotos,
08:30
šie rezistori vairs nebūtu virknē,
08:32
bet, ja tie ir virknē, tu vari atrast
08:34
ekvivalento pretestību šim vada posmam,
08:37
vienkārši saskaitot abas pretestības.
08:40
Tātad strāvai virknē saslēgtiem rezistoriem
08:41
ir jābūt vienādai, bet spriegums var būt atšķirīgs,
08:45
jo tiem var būt dažādas pretestības.
08:47
Divi rezistori būs paralēli,
08:49
ja ienākošā strāva sadalās divās daļās,
08:52
katra iziet caur vienu rezistoru un tad atkal savienojas,
08:54
pirms sastopas ar kaut ko citu ķēdē,
08:56
un, ja tas tā ir, tu vari atrast ekvivalento
08:58
pretestību šim ķēdes posmam,
09:00
t. i., starp šiem diviem punktiem, sakot, ka viens
09:04
dalīts ar ekvivalento pretestību būs vienāds ar
09:06
viens dalīts ar pirmā rezistora pretestību
09:08
plus viens dalīts ar otrā rezistora pretestību.
09:11
Bet esi uzmanīgs, 1/R1 + 1/R2
09:14
dod tikai 1/R ekvivalento.
09:16
Ja tu gribi R ekvivalento, tev būs jāņem
09:18
apgrieztā vērtība visai šai pusei, lai iegūtu R ekvivalento.
09:22
Kā izskatās uzdevuma piemērs ar rezistoriem
09:24
virknē un paralēli?
09:26
Pieņemsim, ka mums ir šī ķēde, kas redzama zemāk,
09:28
un mēs gribam zināt, kāda strāva plūst
09:30
caur 8 omu rezistoru.
09:31
Tev varētu rasties kārdinājums teikt šādi:
09:33
tā kā Oma likums nosaka, ka strāva ir delta V dalīts ar R,
09:36
mēs varam vienkārši ievietot baterijas spriegumu,
09:38
kas ir 24 volti, dalīts ar pretestību
09:41
rezistoram, kas ir 8 omi,
09:43
un tas mums dotu 3 ampērus.
09:45
Bet tas nav pareizi.
09:46
Izmantojot Oma likumu, strāva, kas plūst
09:48
caur rezistoru R, būs vienāda ar
09:51
spriegumu šajā rezistorā, dalītu ar
09:54
šī rezistora pretestību.
09:56
Tātad, ja mēs ievietojam 8 omus saucējā, mums ir
09:59
jāievieto spriegums uz šī 8 omu rezistora.
10:02
Bet spriegums uz 8 omu rezistora
10:04
nebūs pilnie baterijas 24 volti,
10:07
tas būs mazāks par 24 voltiem.
10:09
Citiem vārdiem sakot, baterija nodrošina spriegumu starp
10:12
šo punktu un šo punktu 24 voltu apmērā,
10:15
bet būs sprieguma kritumi
10:16
uz 6 un 12 omu rezistoriem,
10:18
kā dēļ spriegums
10:20
uz 8 omu rezistora nebūs
10:21
pilnie 24 volti.
10:23
Tātad mums šie rezistori jāvienkāršo līdz vienai pretestībai.
10:26
6 un 12 omu rezistori ir paralēli,
10:28
tāpēc varam teikt, ka 1/6 + 1/12
10:31
būs vienāds ar 1 dalīts ar pretestību
10:32
šim ķēdes posmam.
10:34
Tas būs vienāds ar 3/12, kas ir 1/4,
10:37
tātad tas nozīmē, ka paralēlajam ķēdes posmam
10:39
ir ekvivalentā pretestība 4 omi.
10:41
Tātad starp šo punktu un šo punktu
10:44
ir 4 omu pretestība,
10:46
un šī ekvivalentā pretestība ir virknē
10:48
ar šo 8 omu rezistoru.
10:50
Varam saskaitīt 4 un 8
10:51
un iegūt 12 omu kopējo pretestību.
10:54
Un tagad es varu teikt, ka pilnie baterijas 24 volti
10:57
tiek pielikti visai šai ekvivalentajai pretestībai
11:00
12 omiem, tātad, ja es atgriežos šeit un nomainu šos 8 omus
11:03
pret 12 omiem ekvivalentās pretestības visai ķēdei,
11:06
es iegūšu pareizo strāvu, kas plūst
11:08
caur bateriju — 2 ampērus.
11:10
Un, tā kā tā ir strāva, kas plūst caur
11:12
bateriju, tai bija jābūt strāvai,
11:13
kas plūst arī caur 8 omu rezistoru.
11:16
Jo šis 8 omu rezistors un baterija ir virknē.
11:20
Elektriskās ķēdes elementi bieži patērē elektrisko jaudu.
11:23
Proti, kad strāva plūst caur rezistoru,
11:25
elektroni, pārvietojoties caur šo rezistoru,
11:27
daļu savas elektriskās potenciālās enerģijas
11:30
pārvērš citos enerģijas veidos, piemēram, siltumā, gaismā vai skaņā.
11:33
Un ātrums, ar kādu šie elektroni
11:35
pārvērš savu enerģiju citos enerģijas veidos,
11:37
tiek saukts par elektrisko jaudu.
11:39
Tātad ātrums, ar kādu rezistors pārvērš
11:41
elektrisko potenciālo enerģiju siltumā,
11:43
ir elektriskā jauda, ko patērē šis rezistors.
11:46
Citiem vārdiem, enerģijas daudzums,
11:47
kas pārvērsts siltumā, dalīts ar laiku,
11:50
kas bija nepieciešams šīs enerģijas pārvēršanai, ir definīcija
11:52
jaudai, un ir veids, kā noteikt
11:54
džoulu skaitu sekundē, izmantojot tādus lielumus
11:57
kā strāva, spriegums un pretestība.
12:00
Rezistora patērēto jaudu var uzrakstīt kā
12:02
strāvu caur šo rezistoru,
12:04
reizinātu ar spriegumu šajā rezistorā,
12:07
vai, ja tu ievieto Oma likumu šajā formulā,
12:10
tu redzēsi, ka tas ir ekvivalents
12:12
strāvai caur šo rezistoru kvadrātā,
12:14
reizinātai ar rezistora pretestību,
12:16
vai arī mēs varētu pārkārtot šīs formulas,
12:18
lai iegūtu, ka rezistora patērētā jauda
12:20
būtu spriegums šajā rezistorā kvadrātā,
12:23
dalīts ar šī rezistora pretestību.
12:25
Visas trīs no šīm formulām, ja tās izmanto pareizi,
12:27
dos tev to pašu rezultātu jaudai, ko patērē
12:30
rezistors, un, ja tu gribētu noteikt
12:32
pārvērsto džoulu skaitu siltumenerģijā,
12:34
tu varētu jebkuru no šīm formulām pielīdzināt
12:37
enerģijai laika vienībā un atrisināt attiecībā pret šo enerģiju.
12:40
Elektriskās jaudas mērvienības ir tādas pašas kā parastās
12:42
jaudas mērvienības, kas ir vati, t. i., džouli sekundē,
12:46
un elektriskā jauda nav vektors.
12:48
Kā izskatās uzdevuma piemērs, kas saistīts ar
12:49
elektrisko jaudu?
12:51
Pieņemsim, ka spuldzīte ar pretestību R
12:53
ir pievienota sprieguma avotam V,
12:55
un otra spuldzīte ar pretestību 2R
12:57
ir pievienota sprieguma avotam 2V.
13:00
Kā otrās spuldzītes patērētā jauda
13:02
ir salīdzināma ar pirmās spuldzītes patērēto jaudu?
13:05
Tā kā mums ir informācija par R un V,
13:07
es izmantošu jaudas formulas versiju,
13:09
kas nosaka, ka rezistora patērētā jauda
13:11
būs delta V kvadrātā dalīts ar R.
13:13
Tātad, izmantojot dotos lielumus, pirmās spuldzītes
13:15
patērētā jauda būs V kvadrātā dalīts ar R.
13:18
Un otrās spuldzītes patērētā jauda būs
13:21
vienāda ar spriegumu otrajai spuldzītei,
13:23
kas ir divreiz lielāks par spriegumu pirmajai spuldzītei,
13:26
un to mēs kāpinām kvadrātā, dalīts ar pretestību
13:28
otrajai spuldzītei, kas būs
13:30
divreiz lielāka par pirmās spuldzītes pretestību.
13:33
Divnieks kvadrātā augšā man dos reizinātāju 4,
13:35
un apakšā man būs vēl viens reizinātājs 2.
13:37
Tātad, ja es iznesu šo 4 dalīts ar 2,
13:40
es iegūstu, ka otrās spuldzītes patērētā jauda
13:42
būs 2 reiz V kvadrātā dalīts ar R,
13:44
bet V kvadrātā dalīts ar R bija jauda, ko patērēja
13:46
pirmā spuldzīte, tātad patērētā jauda
13:48
otrajai spuldzītei būs divas
13:50
reizes lielāka par pirmās spuldzītes patērēto jaudu.
13:52
Un, ja spuldzītei ar pretestību 2R
13:54
ir divreiz lielāka jauda, tas nozīmē, ka tā būs spožāka.
13:57
Lielums, kas nosaka spožumu
13:59
spuldzītei, ir šīs spuldzītes elektriskā jauda.
14:03
Tā ne vienmēr ir pretestība vai spriegums,
14:06
tā ir abu šo lielumu kombinācija
14:07
šajā formulā, kas pateiks tev elektrisko jaudu
14:10
un līdz ar to arī spuldzītes spožumu.
14:13
Divas no visnoderīgākajām idejām ķēdēs
14:15
tiek sauktas par Kirhofa likumiem.
14:17
Pirmo likumu sauc par mezglu likumu,
14:19
un tas nosaka, ka visa strāva, kas ieplūst mezglā,
14:22
ir vienāda ar visu strāvu, kas izplūst no šī mezgla.
14:25
Citiem vārdiem, ja tu saskaiti visu strāvu, kas ieplūst
14:26
mezglā, tai ir jābūt vienādai
14:28
ar visu strāvu, kas izplūst no šī mezgla,
14:31
jo strāva ir tikai lādiņu plūsma,
14:33
un lādiņš saglabājas, tātad lādiņš nevar
14:35
rasties vai izzust nevienā ķēdes punktā.
14:38
Tāpat kā ūdens nevar rasties vai izzust
14:41
cauruļu sistēmā.
14:43
Un otro likumu sauc par kontūra likumu,
14:45
kas nosaka — ja tu saskaiti visas
14:47
elektriskā potenciāla izmaiņas, t.i., spriegumus jebkurā slēgtā
14:51
kontūra ķēdē, summa vienmēr būs nulle.
14:54
Tātad, ja tu saskaiti visus spriegumus, kas sastopami
14:56
slēgtā kontūrā ķēdē,
14:58
to summa vienmēr būs nulle.
14:59
Un tas ir tikai enerģijas nezūdamības likuma rezultāts.
15:02
Elektroni iegūs enerģiju, kad tie plūst
15:04
caur bateriju, un tie zaudēs enerģiju
15:06
katru reizi, kad tie plūst caur rezistoru,
15:08
bet kopējam enerģijas daudzumam, ko tie iegūst
15:09
no baterijas, ir jābūt vienādam ar kopējo daudzumu
15:12
enerģijas, ko tie zaudē rezistoru dēļ.
15:14
Citiem vārdiem, ja mēs aplūkojam sarežģītu ķēdi
15:17
ar bateriju un trim rezistoriem,
15:19
kopējā strāva, kas ieplūst mezglā, I1,
15:23
būs vienāda ar kopējo strāvu,
15:25
kas izplūst no šī mezgla, I2 un I3.
15:28
Jo lādiņš nerodas un neizzūd.
15:30
Un tas nozīmē, ka tad, kad šīs divas strāvas atkal apvienojas,
15:32
kopējā strāva, kas izplūst
15:34
no šī posma, atkal būs I1.
15:37
Un, ja mēs sekojam slēgtam kontūram caur šo ķēdi,
15:39
visu spriegumu summai šajā kontūrā
15:42
jābūt nullei, t. i., baterijas spriegums
15:45
mīnus sprieguma kritums pirmajā rezistorā,
15:48
mīnus sprieguma kritums otrajā rezistorā
15:51
būtu vienāds ar nulli.
15:53
Kā izskatās uzdevuma piemērs, kas saistīts ar
15:54
Kirhofa likumiem?
15:56
Pieņemsim, ka mums ir zemāk redzamā ķēde un mēs gribam
15:58
noteikt spriegumu uz 6 omu rezistora.
16:01
Lai to izdarītu, mēs varētu izmantot kontūra likumu,
16:03
es sākšu no baterijas un iešu cauri
16:05
rezistoram, kam es gribu noteikt spriegumu.
16:08
Es saskaitīšu visus spriegumus šajā kontūrā
16:10
un pielīdzināšu summu nullei.
16:12
Tātad spriegums uz baterijas
16:13
būs +24 volti,
16:15
mīnus spriegums uz 6 omu rezistora,
16:18
un tad mīnus spriegums uz
16:19
8 omu rezistora, kopā ir jābūt vienādam ar nulli.
16:22
Bet mums ir dota šī strāva, tātad mēs zinām, ka 2 ampēri
16:24
plūst caur 8 omu rezistoru,
16:26
un tu vienmēr vari noteikt spriegumu
16:27
uz rezistora, izmantojot Oma likumu,
16:29
tātad spriegums uz 8 omu rezistora
16:31
būs 2 ampēri, kas plūst
16:33
caur 8 omu rezistoru,
16:35
reizināts ar 8 omiem, un mēs iegūstam 16 voltus.
16:39
To es varu ievietot šeit, un tas man dod
16:41
24 volti mīnus spriegums uz 6 omu rezistora,
16:45
mīnus 16 ir jābūt nullei.
16:48
Un, ja es atrisinu šo attiecībā pret spriegumu
16:49
uz 6 omu rezistora, es iegūstu 24 voltus
16:52
mīnus 16 voltus, kas ir 8 volti.
16:54
Tātad spriegums uz 6 omu rezistora
16:56
būtu 8 volti.
16:58
Ņem vērā, ka, tā kā 12 omu rezistors un 6 omu rezistors
17:01
ir paralēli, spriegums uz 12 omu rezistora
17:04
arī būtu 8 volti, jo spriegums uz
17:07
jebkuriem diviem paralēliem elementiem ir vienāds.
17:11
Voltmetri ir ierīces, ko tu izmanto,
17:13
lai mērītu spriegumu starp diviem punktiem ķēdē.
17:16
Pieslēdzot voltmetru, tev tas
17:18
jāpieslēdz paralēli starp diviem punktiem,
17:20
starp kuriem tu gribi izmērīt spriegumu.
17:22
Citiem vārdiem sakot, lai noteiktu spriegumu
17:24
starp šo punktu un šo punktu, kas būtu
17:26
spriegums uz R3, tu pieslēgtu voltmetru
17:29
paralēli R3.
17:31
Ampērmetri ir ierīces, ko mēs izmantojam, lai mērītu
17:33
elektrisko strāvu, kas plūst
17:34
caur punktu ķēdē, un ampērmetri
17:36
ir jāpieslēdz virknē ar ķēdes elementu,
17:39
kuram tu gribi noteikt strāvas stiprumu.
17:41
Citiem vārdiem, ja mēs gribētu noteikt strāvu
17:43
caur R1, mēs pieslēgtu ampērmetru virknē ar R1.
17:47
Ņem vērā, ka, lai šīs elektriskās ierīces labi darbotos,
17:49
ampērmetra iekšējai pretestībai jabūt gandrīz nullei,
17:53
tādējādi neietekmējot strāvu, kas plūst
17:55
caur ķēdi. Un voltmetriem jābūt
17:57
gandrīz bezgalīgai pretestībai — lai tas nepatērētu
18:00
praktiski nemaz strāvas.
18:02
Realitātē ampērmetriem ir ļoti maza,
18:04
bet ne nulles iekšējā pretestība,
18:07
un voltmetriem ir ļoti augsta,
18:08
bet ne bezgalīga iekšējā pretestība.
18:10
Kā izskatītos uzdevuma piemērs ar
18:12
voltmetriem un ampērmetriem?
18:14
Pieņemsim, ka mums ir zemāk redzamā ķēde,
18:15
un šie numurētie apļi apzīmē iespējamās vietas,
18:18
kur mēs varētu ievietot voltmetru, lai izmērītu spriegumu
18:21
uz 8 omu rezistora.
18:23
Kuri divi no šiem voltmetriem pareizi
18:25
norādītu spriegumu uz 8 omu rezistora?
18:28
Un tev jābūt uzmanīgam, daži AP uzdevumi
18:30
prasīs tev izvēlēties
18:31
divas pareizās atbildes vairāku atbilžu variantu uzdevumā,
18:33
tāpēc noteikti uzmanīgi izlasi norādījumus.
18:36
Ceturtais voltmetrs ir briesmīga izvēle,
18:38
tu nekad neslēdz voltmetru virknē
18:40
ar ķēdes elementu, kuram tu mēģini atrast
18:42
spriegumu, un pirmais voltmetrs
18:44
īstenībā nedara neko, jo tas mēra
18:46
spriegumu starp diviem punktiem vadā,
18:48
starp kuriem nav nekā.
18:51
Tātad spriegumam, ko mēra pirmais voltmetrs,
18:52
vajadzētu būt nullei, jo spriegums uz vada
18:56
ar nulles pretestību dos tev nulli voltu.
18:59
Tātad pareizās izvēles būtu otrais voltmetrs,
19:01
kas dod spriegumu uz 8 omu rezistora,
19:04
un trešais voltmetrs, kas arī dod
19:06
ekvivalentu sprieguma mērījumu
19:08
uz 8 omu rezistora.
Eksperta komentārs
Saturs:
Elektriskais lādiņš 0:00
Kulona likums 2:18
Elektriskā strāva 4:08
Pretestība un Oma likums 5:43
Pretestība virknes un paralēlajā slēgumā 08:09
Elektriskā jauda 11:19
Kirhofa likumi 14:13
Voltmetri un ommetri 17:10
Video sniedz pārskatu par elektriskajiem lādiņiem, to mijiedarbību, elektrisko strāvu un elektrisko slēgumu aprēķiniem. Aplūkots lādiņš atoma līmenī, ieviests elementrārlādiņa jēdziens, akcentēts, ka lādiņš ir fundamentālu daļiņu īpašība, kas vienmēr saglabājas. Detalizēti izskaidrots Kulona likums lādiņu mijiedarbības spēka aprēķināšanai.
Definēta elektriskā strāva, strāvas stiprums, strāvas virziens. Aplūkota elektriskā pretestība gan caur Oma likumu ķēdes posmam, gan caur saistību ar vadīūtaja materiālu un ģeometriskajiem izmēriem. Tiek apskatītas rezistoru kombinācijas virknes un paralēlajos slēgumos, uzsverot metodes slēgumu pretestības noteikšanai.
Noslēgumā skaidroti Kirhofa likumi (lādiņa un enerģijas nezūdamība), kā arī sniegti praktiskie padomi par voltmetru un ampērmetru pareizu pieslēgšanu, veicot mērījumus.
Katras satura sadaļas noslēgumā izpratnes pārbaudei piedāvāts konceptuāls jautājums, atbilde uz kuru tiek detalizēti izskaidrota.
Jēdzieni: elektriskais lādiņš, elektrons, Kulona likums, strāvas stiprums, spriegums, paralēlslēgums, pretestība, elektriskā jauda, Oma likums.
Piezīmes par apzīmējumiem un terminoloģiju. Šajā video elektriskā jauda tiek definēta kā ātrums, ar kādu elektronu elektriskā potenciālā enerģija pārvēršas citos enerģijas veidos (piemēram, siltumā, gaismā, skaņā).
Līdzīgi kā ari latviešu valodā, video jēdziens electrical current tiek lietots gan nozīmē “elektriskā strāva” kā parādība (lādēto daļiņū virzīta kustība), gan nozīmē “strāvas stiprums” kā fizikāls lielums, kas raksturo caur vadītāju izplūdušo lādiņu laika vienībā. Līdzīgi arī latviešu valodā ikdienā sakam “strāva 20 A” Video izmantotajās formulās spriegums tiek apzīmēts ar V, nevis U, lā mācību literaurā latviešu valodā.
Saistot vadītāja pretestību ar tā ģeometriskajiem izmēriem, vada šķērsgriezuma laukums tiek apzīmēmts ar simbolu A, nevis S, ka mācību literatūrā latviešu valodā. Atšķiras rezistoru apzīmējumi elektriskajā shēmās - mācību literatūrā latviešu valodā rezistorus apzīmē ar taisnstūri, bet video - ar “zigzagu” - tā latviešu mācību literatūrā parasti apzīmē sildspirāli.