Mwendo wa Umeme: Ni nini?

Electrical4u

Champu: Maelezo ya Kifupi kuhusu Umeme

China

Ni nini Namba ya Mawimbi?

Namba ya mawimbi inatafsiriwa kama mizigo ya vitu vilivyokabiliana kama vile electrons au ions yanayosogeza kupitia mkondo wa umeme au nafasi. Ni mlinganyo wa kutoka kwa kabiliani ya umeme kupitia chombo chenye uwezo wa kusogeza kwa muda. Namba ya mawimbi inatumika kwa njia ya hesabu (kama vile katika formular) kwa kutumia symbol “I” au “i”. Viti vya namba ya mawimbi ni ampere au amp. Hii inachanganuliwa na A.

Kwa njia ya hesabu, mlinganyo wa kutoka kwa kabiliani ya umeme kwa muda unaweza kutafsiriwa kama,

$\begin{align*} I = \frac {dQ} {dt} \end{align*}$

Njia nyingine, mizigo ya vitu vilivyokabiliana yanayosogeza kupitia mkondo wa umeme au nafasi inatafsiriwa kama namba ya mawimbi. Vitu vilivyokabiliana yanayosogeza yatafsiriwa kama wakilishaji wa kabiliani ambayo zinaweza kuwa electrons, holes, ions, na vyenyingi.

Mlinganyo wa kutoka kwa namba ya mawimbi huwasilika kwa chombo chenye uwezo wa kusogeza. Kwa mfano:

Kwenye mkondo, mlinganyo wa kutoka kwa namba ya mawimbi unaweza kutokana na electrons.
Kwenye semiconductors, mlinganyo wa kutoka kwa namba ya mawimbi unaweza kutokana na electrons au holes.
Kwenye electrolyte, mlinganyo wa kutoka kwa namba ya mawimbi unaweza kutokana na ions na
Kwenye plasma—gas iliyokabiliana, mlinganyo wa kutoka kwa namba ya mawimbi unaweza kutokana na ions na electrons.

Wakati tofauti ya potential ya umeme inatumika kati ya viwango viwili kwenye chombo chenye uwezo wa kusogeza, namba ya mawimbi huanza kusogeza kutoka kwa potential iko juu hadi ile inayoko chini. Ukuaji wa voltage au potential difference, zaidi ndiyo namba ya mawimbi zaidi husogezi kati ya viwango viwili.

Ikiwa viwango viwili katika circuit vinapokuwa na potential sawa, basi namba ya mawimbi haipewani. Umbo la namba ya mawimbi huwasilika kwa voltage au potential difference kati ya viwango viwili. Kwa hiyo, tunaweza sema namba ya mawimbi ni athari ya voltage.

Mkondo wa umeme unaweza kutengeneza maeneo ya mawimbi, ambayo hutumiwa katika mfumo wa inductors, transformers, generators, na mikono. Katika vifaa vya kusambaza umeme, mkondo unachokoleza joto la kupambana au joto la kupambana au joto la joule linalotengeneza mwanga katika taa ya incandescent.

Mkondo wa umeme unaowakimbiza ukuaji wa muda unatengeneza mawimbi ya elektromagnetiki, ambazo hutumiwa katika mawasiliano ya telekomunikesheni kwa kutangaza data.

Mkondo wa AC vs DC

Kulingana na mzunguko wa mshiko, mkondo wa umeme unagrupiwa kwenye aina mbili, yaani, mkondo wa kuwakimbiza (AC) na mkondo wa moja kwa moja (DC).

Mkondo wa AC

Mzunguko wa mshiko wa umeme kwa muda unaokimbiza mara kwa mara unatafsiriwa kama mkondo wa kuwakimbiza (AC). AC pia hujulikana kama “MKONDO WA KUWAKIMBIZA”. Ingawa hii ni kufanya kosa kwa teknolojia “MKONDO WA KUWAKIMBIZA MKONDO”.

Mkondo wa kuwakimbiza hukimbiza mwelekeo wake kwa muda.

Mkondo wa kuwakimbiza unananza kwa sifuri, unaruka kwa maximum, unapungua kwa sifuri, basi unakimbiza na kuruka kwa maximum upande mwingine, basi tena kurudi kwenye thamani asili na kurudia mzunguko huo kwa milele.

Aina ya mkondo wa kuwakimbiza unaweza kuwa sinusoidal, triangular, square, sawtooth, na kadhalika.

Maumivu ya waveform haijalishi—hadafu ni kwamba ni waveform yenye kurejelea.

Hata hivyo katika zaidi ya mzunguko ya umeme, waveform ya kawaida ya mkondo wa kuwakimbiza ni sine wave. Sine waveform ya kawaida unayoweza kuona kama mkondo wa kuwakimbiza inajulikana katika picha chini.

An alternator inaweza kujenga mwanja wa mzunguko. Alternator ni aina maalum ya generator ya umeme ulio tayarishwa kuwajenga mwanja wa mzunguko.

Umeme wa mzunguko unatumika sana katika vitendo vya kiuchumi na nyumba.

Uchumi wa Mstari Moja

Mfumo wa mchakato wa umeme wa mstari moja (DC) unatafsiriwa kama mchakato wa umeme ambao unapopanda tu katika mwelekeo moja. DC pia inatafsiriwa kama "Uchumi wa Mstari Moja". Ingawa hii ni kutaja kitu kimoja mara mbili "Uchumi wa Mstari Moja Uchumi."

Tangu DC anapopanda tu katika mwelekeo moja, hivyo pia inatafsiriwa kama mchakato wa mstari moja. Mfano wa mwanga wa umeme wa mstari moja unapatikana chini ya picha.

DC inaweza kutengenezwa na bateri, vitambulisho vya jua, vitambulisho vya mafuta, vifaa vya kupunguza moto, generators wa umeme wa mstari moja, na kadogo. Umeme wa mzunguko unaweza kurudiwa kuwa umeme wa mstari moja kwa kutumia rectifier.

Umeme wa mstari moja unatumika sana katika matumizi ya kiwango cha chini. Nyingi ya mkakati wa umeme wa mstari moja yanahitaji nishati ya mstari moja.

Nini kinamalizwa kama Viwango vya Umeme (Viwango vya Umeme)?

Viwango vya umeme ni amperi au amp. Hii inatafsiriwa kwa A. Amperi, au amp ni viwango vya msingi vya umeme. Viwango vya amperi vinatafsiriwa kwa ajili ya mfanyakazi wa hisabati Andrew Marie Ampere.

Katika mfumo wa SI, 1 amperi ni mchakato wa umeme kati ya pikadi mbili kwa umbali wa coulomb moja kwa sekunde. Hivyo,

$\begin{align*} 1 \,\, Ampere = \frac {1\,\,Coulomb} {1\,\,Second} = \frac {C} {S} \end{align*}$

Hivyo utokaji unaweza pia kuthibitishwa kwa coulomb kila sekunde au C/S.

Formulani ya Utokaji wa Umeme

Mifano makuu ya formulani za utokaji ni:

Muhimilio kati ya Utokaji, Votu, na Ukimya (Sheria ya Ohm)
Muhimilio kati ya Utokaji, Nguvu, na Votu
Muhimilio kati ya Utokaji, Nguvu, na Ukimya

Muhimilio hawa wamekutana katika picha chini.

Formulani ya Utokaji 1 (Sheria ya Ohm)

Kulingana na sheria ya Ohm,

$\begin{align*} V = I*R \end{align*}$

Hivyo,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R}\,\,A \end{align*}$

Mfano

Kama inavyoonyeshwa katika mzunguko wa chini, umbo la mng'aro la $24\,\,V$ limepelekwa kwenye upinzani wa $12\,\,\Omega$ . Tafuta mng'aro unaopita kupitia upinzani.

Solution:

Takwimu zilizopewa: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Kulingana na sheria ya Ohm,

$\begin{align*} & I = \frac{V}{R} \\ & = \frac{24}{12} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Kwa hivyo, kutumia maelezo, tunapata umeme unayofikia resistor ni $2\,\,A$ .

Maelezo ya Umeme 2 (Nishati na Votu)

Nishati inayopinduliwa ni mfululizo wa votu la maingiliano na umeme.

$\begin{align*} P = V*I \end{align*}$

Kwa hiyo, tunapata umeme unategemea nishati gawanya na votu. Kihisabani,

$\begin{align*} I = \frac{P}{V}\,\,A \end{align*}$

Ambapo $A$ inamaanisha amperes au amps (vita vya umeme).

Mfano

Kama inaonekana katika mzunguko wa umeme chini, umeme wa $24\,\,V$ unatumika kwenye taa ya $48\,\,W$ . Tafuta umeme unaotumika na taa ya $48\,\,W$ .Hali:

Taarifa zilizopewa: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

Kulingana na fomula,

$\begin{align*} & I = \frac{P}{V} \\ & = \frac{48}{24} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Basi, kutumia fomula hii tunapata umeme unaotumika na taa ya $48\,\,W$ ni sawa na $2\,\,A$ .

Fomula ya Umeme 3 (Nguvu na Ukimbiaji, Ukosefu wa Ohm, Kuchoma kwa Ukimbiaji)

Tunafahamu, $P = V * I$

Sasa kutumia sheria ya Ohm $V = I * R$ katika maelezo yaliyopo tunapata,

$\begin{align*} P = I^2*R \end{align*}$

Kwa hivyo, umeme ni kifupi cha uwiano wa nguvu na upinzani. Kwa hisabati, tarehe hiyo inaweza kutathmini kama:

$\begin{align*} I = \sqrt{\frac{P}{R}}\,\,A \end{align*}$

Misali

Kama inavyoonekana katika mzunguko wa chini, tafuta umeme unaochukua $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ taa

Mwongozo:

Tofauti ya Data: $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

Kulingana na uhusiano kati ya umeme, nguvu, na upimaji uliyotajwa hapo juu:

$\begin{align*} & I = \sqrt{\frac{P}{R}} \\ & = \sqrt{\frac{100}{20}} \\ & = \sqrt{5} \\ & I = 2.24\,\,A \end{align*}$

Hivyo, kutumia maelezo, tunapata umeme unayopitishwa na $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ taa ni $2.24\,\,A$ .

Ukubwa wa Umeme

Ukubwa wa umeme kwa mujibu wa uzito (M), urefu (L), muda (T), na ampere (A) unatoa $M^0L^0T^-^1Q$ .

Umeme (I) ni maonyesho ya coulomb kwa sekunde. Hivyo,

$\begin{align*} I = \frac{Q}{t} = \frac{[Q]}{[T]} = QT^-^1 = M^0L^0T^-^1Q \end{align*}$

Ujenzi wa Upepo wa Kijamii vs Ujenzi wa Elektroni

Kuna kusikitisha kidogo kuhusu ujenzi wa upewa wa kijamii na ujenzi wa elektroni. Hebu tajaribu kuelewa tofauti kati ya wawili.

Vyombo vya kupepesha umeme kupitia muundo ni elektroni huru au wazi. Mwendo wa chambani ya umeme ndani ya mzunguko unatumika, kulingana na sheria, kuvuta vipimo chanya. Hivyo, vyombo hivi vya kujifunza vibaya, ambavyo ni elektroni, huenda kinyume cha mwendo wa chambani ya umeme.

Kulingana na teoria ya elektroni, wakati voltage au tofauti ya potential inatumika kwenye muundo, vyombo vilivyopewa vipepesha humvua kupitia mzunguko, ambayo hutengeneza mzunguko wa umeme.

Vyombo vilivyopewa vipepesha huenda kutoka kwenye potential chanya hadi potential chache, ambayo ni kutoka kwenye kitufe chanya hadi kitufe chache cha batteji kupitia mzunguko wa nje.

Lakini, katika muundo wa chuma, vyombo vilivyopewa chanya vinahifadhiwa kwenye namba imara, na vyombo vilivyopewa vibaya, ambavyo ni elektroni, vinahuru kumvua. Katika semikonduktori, mvua wa vyombo vilivyopewa unaweza kuwa chanya au vibaya.

Mvua wa vyombo vilivyopewa chanya na vyombo vilivyopewa vibaya kwenye kinyume cha mwendo unafanya athari sawa katika mzunguko wa umeme. Tangu mvua wa umeme kunatoa vyombo vilivyopewa chanya au vibaya, au wote, utaratibu unahitajika kwa mwendo wa umeme ambao unategemezi vyombo vilivyopewa.

Mwendo wa umeme wa kijamii unachukuliwa kama mwendo wa vyombo vilivyopewa chanya, ambayo ni kutoka kwenye potential chanya hadi potential chache. Hivyo, vyombo vilivyopewa vibaya, ambavyo ni elektroni huenda kinyume cha mwendo wa umeme wa kijamii, ambayo ni kutoka kwenye potential chache hadi potential chanya. Hivyo, umeme wa kijamii na mvua ya elektroni huenda kwenye kinyume, ambacho kinachowekwa kwenye picha chini.

direction of coventional current and electron flow — Mwendo wa Umeme wa Kijamii na Mwendo wa Elektroni

Kihani cha Kijamii: Mfumo wa mawimbi ya kipositi kutoka kwenye pembeni chenye kipositi hadi pembeni chenye kinegati wa batilii unatafsiriwa kama kihani cha kijamii.
Mfumo wa Mawimbi ya Elektroni: Mfumo wa mawimbi ya elektroni unatafsiriwa kama mfumo wa mawimbi ya elektroni. Mfumo wa mawimbi ya kinegati – ambayo ni elektroni – kutoka kwenye pembeni chenye kinegati hadi pembeni chenye kipositi wa batilii unatafsiriwa kama mfumo wa mawimbi ya elektroni. Mfumo wa mawimbi ya elektroni ni ukipindukana na mfumo wa kihani cha kijamii.

Mwendo wa kihani cha kijamii na mfumo wa mawimbi ya elektroni unavyoonyeshwa katika picha chini.

Mfumo wa Kihani cha Kijamii na Mfumo wa Mawimbi ya Elektroni

Kihani cha Kijamii vs Mfumo wa Mawimbi ya Elektroni

Kihani cha Kivuvi

Kihani cha kivuvi hutoa mwendo wa mawimbi kupitia mazingira yenye ukovu kama vile maji, viwango, au vikovu.

Kihani cha kivuvi halitahitaji magamba kwa kuenda; kwa hiyo haiwezi kufanikiwa kwa sheria ya Ohm. Mfano wa kihani cha kivuvi ni tubi la ukovu ambalo elektroni zinazotokana kutoka kwenye kathodi zinaenda kwenye anodi katika ukovu.

Kihani cha Uhamiaji

Kihani ambacho linavyoenda kupitia chochote kinachounganisha kihani cha uhamiaji. Kihani cha uhamiaji litahitaji gamba kwa kuenda; kwa hiyo linaweza kufanikiwa kwa sheria ya Ohm.

Kihani cha Mwisho

Tafakari kuhusu resistor na capacitor vilivyounganishwa kwa nyimbo na chanzo cha umeme V kama inavyoonyeshwa katika picha chini. Tabia ya kihani cha capacitor ni tofauti kutoka kwenye resistor.

Uwezo au tofauti ya umeme katika resistor huundwa kihani cha mizizi ambacho linatofautiana na kihani cha resistor.

$\begin{align*} I_1 = \frac{V}{R} \end{align*}$

Ujenzi huu wa mawimbi unatafsiriwa kama “mawimbi ya usambazaji.”

Sasa mawimbi hutoka kupitia kapasitaa tu wakati uwezo wa kimwili ukizozana, ambayo inatumika na mwisho wa maelezo,

$\begin{align*} I_2 = \frac{dQ}{dt} = C \frac{dV}{dt} \end{align*}$

Mawimbi haya yanatafsiriwa kama “mawimbi ya usambazaji.”

Kwa kiwango cha umuhimu, mawimbi ya usambazaji siyo mawimbi kwani hakuna mzunguko wa kitu chenye umuhimu kama mzunguko wa vihimo.

Jinsi ya Kukabiliana na Mawimbi

Katika mzunguko wa umeme na elektroniki, kukabiliana na mawimbi ni muhimu sana na lazima kukabiliana nayo.

Zana inayoweza kukabiliana na mawimbi ya umeme inatafsiriwa kama ammeter. Kukabiliana na mawimbi, ammeter lazima iunganishwe kwa mfano wa mzunguko unaotakiwa kukabiliana na mawimbi yake.

Kukabiliana na mawimbi kupitia resistor kutumia ammeter inatafsiriwa katika picha ifuatayo chini.

Mawimbi ya umeme pia zinaweza kukabiliana kutumia galvanometer. Galvanometer hunipatia mhusika na ukubwa wa mawimbi ya umeme.

Mawimbi zinaweza kukabiliana kwa kutambua magheti yanayohusiana na mawimbi bila kugongwa mzunguko. Kuna zana mbalimbali zinazotumika kukabiliana na mawimbi bila kugongwa mzunguko.

Sensimu ya mzunguko wa Hall
Msemaji wa mzunguko (CT) (hupimia tu AC)
Mifano ya mzunguko
Resistansi za shunti
Sensimu za magnetic resistance

Maswali Mawili kuhusu Mzunguko wa Umeme

Hebu tujadili baadhi ya maswali mawili kuhusu mzunguko wa umeme.

Nini Kinatumia Electromagnet Kupimia Mzunguko wa Umeme?

Galvanometer ni zana inayotumika kupimia mzunguko wa umeme na kutumia electromagnet.

Galvanometer ni zana moja ambayo hupimia mzunguko wa umeme kwa kutumia tangent ya pembe ya deflection angle.

Galvanometer inaweza kupimia mzunguko wa umeme moja kwa moja, lakini hii inahitaji kuvunja mkurugenzi; kwa hivyo mara nyingi hii inaweza kuwa vigumu.

Jinsi Mzunguko wa Umeme Unavyopata Nguvu ya Magnetic?

Conductor wa mzunguko wa umeme ulio wazi katika magnetic field atapata nguvu kwa sababu mzunguko ni upinde wa charges.

Angalia conductor wa mzunguko wa umeme unaofanya mzunguko kumfika, kama ilivyoelezwa chini (a). Kulingana na Fleming’s right-hand rule; mzunguko huo utapata magnetic field kwenye mzunguko wa saa.

企业微信截图_17098660781451.png 企业微信截图_17098660847078.png

Nguvu ya Magnetic Imetengenezwa na Mzunguko wa Umeme

Matokeo ya magnetic field ya conductor ni kwamba itapiga magnetic field juu ya conductor na kukutana chini.

Field lines ni kama rubber bands zenye uzito; kwa hivyo zitapiga conductor kwenye mwelela chini, yaani, nguvu ni chini, kama ilivyoelezwa chini (b).

Mfano huu unasema kuwa mwambaji wa umeme katika maumbo ya magneeti ana subiri nguvu. Tumia mlinganyo ifuatavyo kutafuta ukubwa wa nguvu ya magneeti kwenye mwambaji wa umeme.

$\begin{align*} F_B = BIL\,\,Sin\theta \end{align*}$

Kuunda Mchuzi wa Umeme, Ni Hisi Kufanya

Kuunda mchuzi wa umeme, ni hisi kufanya vyovyovyo ifuatavyo:

Faragha ya chini na juu zinazokua kati ya namba mbili. Ikiwa namba mbili za silaha zina faragha sawa, mchuzi hauezi kusonga.
Mtandao wa umeme au chanzo cha mchuzi, kama vile batilinya au seli inayochukua viwango vya huru vilivyotengeneza mchuzi wa umeme.
Mwambaji au mstari unaomiliki mizizi ya umeme.
Silaha lazima iwe imewakilishwa au imesimamishwa. Ikiwa silaha zimefungwa, mchuzi hauezi kusonga.

Hizi ni masharti yanayohitajika kuunda mchuzi wa umeme. Picha ifuatayo inaelezea mchuzi unasonga katika silaha imefungwa.

Nini Kinawakilisha tofauti kati ya Mchuzi wa Umeme na Umeme wa Makasia

Tofauti kuu kati ya mchuzi wa umeme na umeme wa makasia ni kwamba viwango vya umeme huenda kupitia mwambaji kwenye mchuzi wa umeme.

Hata hivyo, kwenye umeme wa makasia, viwango vinavyoingilia vinavyoingilia vinavyoingilia vinavyoingilia vinavyoingilia.

Mchuzi wa umeme unatokea kwa sababu ya mzunguko wa viwango, hata hivyo umeme wa makasia unatokea kwa sababu ya viwango visivyoingilia kutoka kitu moja hadi kingine.

Mchuzi wa umeme anaweza kutokea tu katika mwambaji, hata hivyo umeme wa makasia anaweza kutokea katika mwambaji au mtumizi.

Jinsi Mchuzi wa Umeme Anavyopunguza Pole la Magneeti?

Tunajua kuwa wakati mchuzi wa umeme unasonga, hiyo ni wakati viwango vya umeme vinavyozunguka, inachukua maumbo ya magneeti. Ikiwa tunanikatia magneti katika maumbo ya magneeti, inapata nguvu.

Kwa mizigo ya umeme, kama vile mizigo ya umeme, pole zilizo sawa zenye umeme zinakusanyika na pole tofauti zenye umeme zinakupungua. Hivyo, tunaweza kusema kuwa mizigo ya umeme huathiri pole ya umeme kupitia maeneo ya umeme.

Nyuzi gani inatumika kutathmini mizigo ya umeme

Nyuzi ambayo inaweza kutathmini mizigo ya umeme inatafsiriwa kama ammeter. Ammeter lazima uwe na usambazaji wa mizizi wa umeme wa circuit uliyotathminika.

Nyuzi nyingine pia zinatumika kutathmini mizigo ya umeme.